Bioraffinerie lignocellulosique pour la production simultanée de cellulose et de pentoses pour la fabrication de tensio-actifs verts – SUCROL
Bioraffinerie lignocellulosique pour la production de cellulose et de tensio-actifs verts
Le bois : une source de sucres non alimentaires pour la production de produits bio-sourcés
Le bois : une source de sucres non alimentaires pour la production de produits bio-sourcés
A l’échelle mondiale l’industrie papetière produit près de 150 millions de tonnes par an de fibres de cellulose de pureté comprise entre 80% et 98% selon les fabrications, principalement à partir de bois. La cellulose, qui représente 40% du bois, est le principal constituant de ce dernier qui est valorisé dans ces usines, les autres constituants étant brûlés. Une stratégie intéressante serait d’extraire au moins une partie des hémicelluloses, deuxième constituant majoritaire du bois, avant de réaliser l’extraction de la cellulose. Celles-ci sont des polymères de sucres, constituées principalement de xylanes (pentoses) et de glucomannanes (hexoses) selon les essences de bois. <br />L’objectif du projet est de développer une filière de production d’agents tensioactifs non ioniques bio-sourcés à partir de sucres extraits du bois dans une unité de production de cellulose. Cette filière doit être compatible avec la production d’une pâte cellulosique de qualité de sorte que l’industriel papetier produira à la fois des sucres pour la synthèse d’agents tensioactifs et de la cellulose, ce qui améliorera la profitabilité de son unité. Les sucres extraits devront être obtenus sous une forme convenant à la synthèse d’agents tensioactifs. Les agents tensioactifs produits se substitueront aux tensioactifs d’origine fossile et ne feront pas appel à des sucres issus de matière première alimentaire, contrairement aux récents développements dans ce domaine.<br /><br />
L’objectif de cette étude est d’optimiser la combinaison de l’extraction de sucres (xylose et ses oligomères) des bois feuillus et de l’extraction de la cellulose pour obtenir à la fois un flux de sucres valorisables chimiquement et une cellulose de bonne qualité. La synthèse de tensio-actifs non ioniques (ici des alkylpolyxylosides) à partir du xylose et de ses oligomères ne pourra se faire sans développer un mode de mise en forme des sucres et une voie de synthèse adaptés.
Les verrous technologiques concernent à la fois l’extraction du xylose des bois feuillus et la synthèse d’alkylpolyxylosides à partir du xylose (et où de ses oligomères) extraits.
En effet il s’agit de mettre au point un procédé d’extraction des hémicelluloses qui ne dégrade pas le xylose ou ses oligomères et qui en même temps ne dépolymérise pas la cellulose. Les autres verrous portent sur la synthèse de tensioactifs à partir de ces flux de xylose éventuellement mélangé avec ses oligomères, avec d’autres sucres en moindre quantité et éventuellement d’autres constituants du bois.
Les résultats du projet SUCROL ont montré qu’il était possible d’extraire une quantité importante de sucres de bois feuillus tout en garantissant la production d’une cellulose de qualité. De plus il a été montré que l’extraction des sucres facilitait la cuisson du bois, ce qui est un avantage supplémentaire pour l’industriel.
Les liqueurs extraites, constituées principalement d’un mélange de sucres sous forme monomères et oligomères, ont permis la production de tensio-actifs, moyennant une adaptation du procédé.
L’expérience acquise dans ce projet a permis à deux des partenaires de participer à un projet de recherche de grande envergure, le projet FUI Polywood, monté par le pôle de compétitivité AXELERA.
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Les résultats de ces travaux ont été présentés à 4 conférences scientifiques internationales (European Workshop on Lignocellulosics and Pulp (Helsinki), Nordic Wood Biorefinery Conference (Helsinki), Wood Chem Conference (Nancy) et International Symposium on Lignocellulosics, Fibers and Pulp (Vancouver)), à une journée technique organisée par le pôle de compétitivité Axelera, à une publication scientifique dans une revue internationale à comité de lecture (Holzforschung) et à un article de vulgarisation dans l’Actualité Chimique.
Résumé
L’industrie française de la pâte à papier est fortement concurrencée par les unités de production d’Amérique du Sud (Brésil) et d’Asie (Indonésie) qui bénéficient d’un prix de revient extrêmement favorable, principalement en raison du différentiel existant dans le coût de la matière première. Seul un nouveau modèle économique est en mesure d’assurer la pérennité des usines françaises. Ce modèle est celui de la bioraffinerie papetière dans lequel une valorisation optimale est recherchée pour chacun des constituants du bois.
Ce projet visera à mettre au point un procédé d’extraction des hémicelluloses des bois feuillus en amont du procédé de cuisson kraft, sous la forme d’un flux de pentoses valorisables chimiquement, sans compromettre la qualité de la cellulose produite.
La valorisation des pentoses a été beaucoup moins étudiée que celle des hexoses principalement parce que les pentoses sont très minoritaires dans les matières premières agricoles sources de sucres. Il en est autrement dans de nombreuses matières premières lignocellulosiques (bois feuillus, pailles…) dans lesquelles ils peuvent représenter plus de 30% de la masse.
Par ailleurs l’industrie des tensio-actifs a développé ces dernières années de nouvelles familles de tensioactifs bio-sourcés (comme les alkylpolyglycosides -APG). Le potentiel de ces tensioactifs verts est grand mais leur développement est ralenti par un prix de revient élevé. La mise à disposition de xylose à faible prix constituera une étape importante pour le développement des applications des APG, dont la synthèse à base de xylose et les propriétés seront étudiées.
Les partenaires de ce projet sont le papetier TEMBEC-St Gaudens, fabricant de la pâte kraft de bois feuillus, SEPPIC, l’un des principaux acteurs dans le développement des APG, et Grenoble INP Pagora (Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers, UMR 5518), fortement engagé dans le domaine de la bioraffinerie papetière et l’un des spécialistes de la chimie des constituants du bois.
Coordination du projet
Christine Chirat (INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
GRENOBLE INP INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
FIBRE EXCELLENCE R&D KRAFT FIBRE EXCELLENCE R&D KRAFT
SEPPIC SOC EXPLOIT PRODUITS INDUSTR CHIMIQUES
Aide de l'ANR 268 922 euros
Début et durée du projet scientifique :
- 36 Mois
