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Zero Waste Ligno-Cellulosic Biorefineries by Integrated Lignin Valorisation

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Des matières premières durables à partir de déchets de bioraffinage

Des chercheurs privés et publics financés par l’UE ont développé de nouvelles chaînes de valeur pour créer des produits durables novateurs à partir de déchets biosourcés. Celles-ci amélioreront la viabilité économique de l’industrie biosourcée et faciliteront la transition vers une société moins dépendante des combustibles fossiles.

Technologies industrielles

Le changement climatique met en évidence la nécessité de produire durablement des matériaux biodégradables et recyclables à faible empreinte carbonique. Le projet Zelcor, financé par l’UE, s’est attaqué à ce défi en recyclant les déchets de produits biosourcés et en améliorant la durabilité des bioraffineries de deuxième génération actuelles. Ces procédés non pétroliers de production de produits chimiques ont pour objectif de réduire les émissions de gaz à effet de serre tout en préservant la santé humaine. Les membres du consortium ont combiné la catalyse chimique et enzymatique avec la conversion biologique à base d’insectes dans le cadre d’une approche intégrée de bioraffinerie, démontrant la faisabilité de la transformation des flux secondaires récalcitrants de la bioraffinerie de lignocellulose en produits biosourcés à haute valeur ajoutée. «Nous devons développer de nouvelles chaînes de valeur en utilisant une méthodologie d’économie circulaire basée sur les déchets de raffinerie afin de satisfaire la demande croissante des secteurs industriels pour des produits biosourcés», déclare Stéphanie Baumberger, coordinatrice du projet. Cette initiative a bénéficié d’un financement de l’entreprise commune (EC) Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie. «Zelcor est également lié à d’autres projets européens, notamment EUCALIVA et UNRAVEL, par le biais de la récupération des lignines à partir de processus à l’échelle pilote et de leur caractérisation au sein de Zelcor», explique Stéphanie Baumberger.

Des insectes qui convertissent les déchets en ressources

Les chercheurs ont récupéré trois matières premières précieuses à partir des produits secondaires des bioraffineries: les résidus lignocellulosiques (matière végétale sèche) de la production d’éthanol, les lignines dissoutes pendant le processus de fabrication de la pâte à papier et les humines de type lignine formées par des réactions secondaires pendant la conversion des sucres. Leur objectif consistait à développer des processus efficaces et durables destinés à la production à grande échelle de biomolécules pour les cosmétiques, l’emballage et l’industrie chimique, ainsi que de nouveaux biocatalyseurs utilisant des ressources biologiques renouvelables. Les partenaires du projet ont développé quatre axes principaux pour la conversion de la lignine. Il s’agit de l’extraction par solvant et du traitement par liquide ionique pour obtenir des extraits antioxydants, de la dépolymérisation catalysée par une base pour produire des intermédiaires chimiques aromatiques et de la technologie de dissolution et d’agrégation pour récupérer les particules de lignine colloïdales. Ils ont également utilisé la lignine comme substrat pour sa transformation par des micro-organismes et des termites, favorisant ainsi leur élevage à grande échelle. Une unité d’élevage de termites alimentée en substrats lignocellulosiques a été conçue et mise en œuvre afin de produire de la biomasse pour l’alimentation et de la chitine, un polysaccharide et principal composant de l’exosquelette des termites. «Des fractions lignocellulosiques récalcitrantes ont été utilisées avec succès comme source de carbone pour les termites ou par des consortiums microbiens cultivés à partir de boyaux de termites. En parallèle, seize nouvelles enzymes fongiques et bactériennes agissant sur la lignine ont été exprimées et caractérisées, dont trois ont été sélectionnées pour une production à grande échelle», précise Stéphanie Baumberger.

Création de produits plus sûrs et plus durables

Les chercheurs ont intégré toutes les réalisations techniques dans une approche transversale de la chaîne de valeur afin de fournir des produits biosourcés de valeur aux marchés ciblés. En recensant leurs capacités, les chercheurs ont sélectionné les produits intermédiaires les plus appropriés à la formulation et à la transformation en crèmes cosmétiques pour les soins de la peau, en matériaux d’emballage alimentaire et en systèmes colloïdaux aqueux. Grâce aux efforts conjoints de chimistes organiques et physiques, de biologistes et d’ingénieurs des procédés, il est désormais possible de concevoir une série de nouveaux produits biosourcés de valeur à partir de matières premières auparavant considérées comme des déchets. Parmi ces produits, les composés phénoliques issus de la biomasse végétale offrent des alternatives plus sûres aux antioxydants synthétiques commerciaux existants tels que le bisphénol A, couramment utilisé dans la production de certains plastiques et considéré comme un perturbateur endocrinien. Tous les composés testés présentent un faible impact environnemental et peuvent concurrencer économiquement les produits existants à base de carbone fossile. «Zelcor profitera aux sociétés des secteurs de la chimie, des plastiques et des cosmétiques, qui y trouveront l’opportunité de diversifier leurs produits et applications, tout en offrant des alternatives plus sûres aux consommateurs et à l’environnement», conclut Stéphanie Baumberger.

Mots‑clés

Zelcor, bioraffinerie, lignine, économie circulaire, humines, lignocellulose, biomolécules, chitine, termites, enzymes

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