Une technologie biocatalytique pour réduire l’empreinte environnementale de l’industrie de la pâte et du papier
Le papier est fabriqué à partir de la cellulose extraite du bois après élimination des fractions de lignine et d’hémicellulose. L’un des principaux défis auxquels est confrontée l’industrie de la pâte à papier aujourd’hui réside dans le fait que tous les composants du bois ne sont pas intégralement exploités. En particulier, les lignines kraft qui représentent environ 85 % de la production totale de lignine dans le monde. Or, il n’existe aucune technologie catalytique établie pour procéder à leur dépolymérisation en produits chimiques aromatiques et en blocs de construction. Étant donné que la lignine et l’hémicellulose peuvent servir de sources renouvelables de composés aromatiques et de sucres pour divers procédés biosourcés, il est indispensable de disposer d’enzymes capables de modifier ces polymères dans les conditions de pH et de température extrêmes des procédés de fabrication de pâte kraft.
Identification et optimisation des enzymes extrêmophiles
Le principal objectif du projet WoodZymes était d’exploiter la biomasse ligneuse au moyen d’enzymes adaptées qui pourraient être intégrées dans la filière industrielle de transformation du bois. WoodZymes a reçu un financement de l’entreprise commune Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie. Le projet a réuni 11 partenaires de quatre pays européens qui ont eu recours à l’ingénierie des protéines et à l’exploration de bases de données pour identifier et poursuivre le développement d’enzymes extrêmophiles présentant des propriétés thermotolérantes et alcaliphiles. Ces enzymes extrémophiles étaient notamment des xylanases, qui dégradent l’hémicellulose, et des laccases, qui agissent sur la lignine. Les enzymes candidates les plus prometteuses ont fait l’objet d’une production à l’échelle pilote ou industrielle afin d’être testées dans diverses applications. «L’un des objectifs du projet WoodZymes était de valoriser les fractions de lignine et d’hémicellulose sous-utilisées de l’industrie de la pâte kraft, afin d’économiser la quantité de produits chimiques nécessaires et de réduire l’empreinte environnementale globale», explique Susana Camarero, coordinatrice du projet. Un candidat hautement extrêmophile a été introduit dans la séquence de blanchiment de la pâte kraft d’eucalyptus, permettant notamment de réduire l’utilisation de dioxyde de chlore et d’augmenter la brillance de la pâte. Parallèlement, l’utilisation de cette enzyme a permis de réduire les composés organochlorés dans les effluents, diminuant ainsi l’impact environnemental de ce secteur, et de produire de plus grandes quantités d’hémicelluloses. Ces dernières ont été exploitées comme additifs pour la fabrication du papier et ont permis d’obtenir un papier aux propriétés physico-mécaniques améliorées tout en réalisant d’importantes économies d’énergie lors du raffinage de la pâte. En outre, la dépolymérisation enzymatique de la lignine a débouché sur un vaste éventail de blocs phénoliques qui pourraient être utilisés comme substituts des polyols d’origine fossile dans les mousses d’isolation en polyuréthane et du phénol dans les résines lignine-phénol-formaldéhyde pour la fabrication de panneaux de bois. Les chercheurs du projet ont pu élaborer des formulations appropriées avec une diminution substantielle de la teneur en phénol et en formaldéhyde, réduisant ainsi l’impact environnemental du processus de production des panneaux de fibres et du produit final.
Avantages et perspectives des enzymes extrêmophiles
Les technologies biocatalytiques de WoodZymes valorisent de manière efficace les composants du bois sous-utilisés tels que la lignine kraft et les hémicelluloses. En surmontant les goulets d’étranglement techniques, les chercheurs ont réussi à boucler le processus de kraft et à incorporer les sous-produits de la conversion de la biomasse dans le processus de production. Cela permet une exploitation industrielle de tous les composants de la matière première de la biomasse dans diverses applications. WoodZymes soutient ainsi la connexion entre l’industrie de la pâte et du papier, les fournisseurs de technologie enzymatique et les fabricants de panneaux de fibres et de mousse d’isolation, et accroît la compétitivité de l’industrie européenne. «D’un point de vue environnemental, l’utilisation d’extrémozymes transformant le bois constitue une technologie propre permettant de réaliser d’importantes économies d’énergie et de produits chimiques», souligne Susana Camarero. De plus, le procédé WoodZymes permet d’obtenir des produits durables et de réduire la dépendance à l’égard des ressources fossiles, avec un impact économique et environnemental moindre.
Mots‑clés
WoodZymes, lignine, hémicellulose, kraft, papier, enzymes extrêmophiles, industrie de la pâte à papier, panneaux de fibres à densité moyenne, mousses PU