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De nouveaux biopolymères à partir des déchets de bioraffinerie

L'objectif des bioraffineries de seconde génération est de créer de la valeur à partir des déchets. Il est donc logique que l'usine idéale ne laisse rien derrière elle. C'est dans cet esprit que le projet BIOREFINE-2G a développé de nouveaux procédés pour convertir en biopolymères les flux secondaires riches en pentose.

Technologies industrielles

Si les bioraffineries sont essentiellement associées à la production d'éthanol, d'importants flux secondaires et de déchets sont toujours présents sous la forme de pentose et de lignine. Ils peuvent être utilisés pour produire du biogaz et de l'électricité, mais cette production est peu rentable et apporte peu d'avantages pour l'environnement. «Les bioraffineries en cours de développement se polarisent trop sur un produit unique, en général le carburant ou l'énergie. Nous avons beaucoup à apprendre des raffineries de pétrole, dans lesquelles la règle 80-20 veut que 80 % du chiffre d'affaires soit généré par 20 % de produits à forte valeur ajoutée, voire plus», déclare le Dr Gudbrand Rødsrud, directeur des technologies de la bioraffinerie Borregaard en Norvège, un partenaire de BIOREFINE-2G. «Les bioraffineries doivent compléter leur gamme de produits avec des spécialités à forte valeur ajoutée, venant se cumuler à la production d'énergie.» Pour les aider, le consortium BIOREFINE-2G, qui comprend huit partenaires industriels et universitaires opérant dans le secteur des biotechnologies, a passé quatre ans à mettre au point un procédé de conversion entièrement nouveau. Ne rien laisser au hasard Leur recherche a pris en compte l'intégralité de la chaîne de valeur: Ils ont caractérisé les flux secondaires issus des forêts et d'autres matières premières non alimentaires, développé des Saccharomyces cerevisiae génétiquement modifiés (une variété de levure utilisée pour la vinification et par les brasseries) à partir d'effluents riches en sucre C5, proposé un nouveau procédé pour convertir ce dernier en diacides, et utilisé ces diacides pour mettre au point de nouveaux polymères biodégradables d'origine biologique. «Nos souches de levure ont été adaptées pour tolérer les environnements difficiles qu'on trouve dans les flux de déchets. Elles ont été génétiquement modifiées afin d'utiliser de nouveaux substrats (xylose) pour la production de nouveaux produits (diacides)», explique le Dr Borodina, directrice de recherche à l'Université du Danemark et coordinatrice de BIOREFINE-2G. À partir de là, l'équipe a développé un procédé de purification de l'acide fumarique à partir de déchets lignocellulosiques fermentés, et obtenu un niveau satisfaisant de pureté pour des applications à base de polymères. Les polymères en question, que le consortium voit comme des «substituts potentiels aux polymères à base de pétrole», peuvent être convertis en produits présentant un intérêt commercial. Ceux-ci comprennent des polyuréthanes thermoplastiques partiellement d'origine biologique utilisés comme adhésifs et revêtements, ainsi que des copolymères d'acide polylactique (PLA) pouvant servir de plastiques d'emballage biodégradables. «Nos biopolymères présentent des propriétés améliorées et spécifiques, comme une biocompatibilité permettant de les utiliser pour des applications médicales, ou la réduction de la fragilité des copolymères PLA destinés aux emballages», s'enthousiasme le Dr Amador García Sancho de l'Aimplas. Vers une production à grande échelle À l'origine, le projet visait également à mener des essais de production à grande échelle, le procédé devant être adapté pour l'usine de démonstration de Borregaard, un partenaire du projet, en utilisant sa technologie propriétaire BALI. L'apparition de nouvelles priorités a cependant imposé de reporter cette réalisation. «Récemment, une nouvelle source de lignine est apparue», déclare le Dr Rødsrud. «Elle a eu la priorité sur la réalisation d'une nouvelle usine BALI, tout en s'adressant aux mêmes marchés de la lignine. La technologie BALI continuera cependant à être développée, et nous poursuivrons la mise au point de procédés pour mieux valoriser les flux de lignine.» En attendant, le consortium a développé une boîte à outils génétique pour les souches industrielles de S. cerevisiae, qui est destinée aux partenaires universitaires et industriels. Le Dr Borodina espère qu'elle les aidera à développer de nouveaux procédés à base de levures pour produire d'autres composés chimiques d'origine biologique. «Nous étudierons les marchés et client potentiels pour les polymères mis au point par BIOREFINE-2G. Les options d'exploitation comprennent de futurs brevets ou la vente de la technologie aux partenaires intéressés. Enfin, nous rechercherons des débouchés commerciaux pour notre procédé d'extrusion réactive pour la production de polymères», déclare-t-elle.

Mots‑clés

BIOREFINE-2G, biopolymères, déchets, bioraffinerie, biotechnologie, sucre, diacides, PLA, BALI

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