Copeaux et feuilles de jeunes peupliers. Crédit :Chang Dou/Université de Washington
Dans la quête de produire des biocarburants abordables, les peupliers sont l'un des meilleurs paris du nord-ouest du Pacifique - les arbres sont abondants, croissance rapide, adaptables à de nombreux terrains et leur bois peut être transformé en substances utilisées dans les biocarburants et les produits chimiques de grande valeur dont nous dépendons dans notre vie quotidienne.
Mais alors même que les chercheurs testent le potentiel des peupliers à se transformer en tout, de l'éthanol aux produits chimiques dans les cosmétiques et les détergents, une usine de transformation à l'échelle commerciale pour les peupliers n'a pas encore été réalisée. Ceci est principalement dû au fait que les coûts de production ne sont toujours pas compétitifs par rapport au prix actuel du pétrole.
Une équipe de l'Université de Washington essaie de faire du peuplier un concurrent viable en testant la production de peupliers plus jeunes qui pourraient être récoltés plus fréquemment - après seulement deux ou trois ans - au lieu du cycle habituel de 10 à 20 ans. Ces arbres, essentiellement des juvéniles par rapport aux adultes adultes, sont plantés plus près les uns des autres et coupés de manière à ce que plus de branches sortent de la souche après chaque récolte, utilisant les mêmes systèmes racinaires jusqu'à 20 ans. Cette méthode est appelée « recépage, " et les arbres sont connus sous le nom de taillis de peupliers.
L'équipe est la première à essayer de convertir tout le jeune arbre, y compris les feuilles, écorce et tiges—en huile biologique, un produit pétrolier d'origine biologique, et l'éthanol en utilisant deux procédés distincts. leurs résultats, publié cet été dans deux articles, l'un dans ACS Sustainable Chemistry &Engineering et l'autre dans Biotechnologie pour les biocarburants —indiquent un avenir prometteur pour l'utilisation des taillis de peuplier comme biocarburant.
"Nos recherches ont prouvé que le taillis de peuplier peut être une bonne option pour critères de volume élevé de matière première pour les biocarburants, " a déclaré l'auteur principal Chang Dou sur les deux articles, un étudiant au doctorat dans le programme de sciences et d'ingénierie des bioressources de l'UW. « Nos résultats sont importants pour la future industrie des biocarburants, et le but ultime est de faire en sorte que le biocarburant de taillis de peuplier se rapproche de la pompe. »
Huile bio, montré sur cette photo, a été produit en chauffant le peuplier à des températures extrêmes. Crédit :Chang Dou/Université de Washington
Les copeaux de peuplier provenant d'arbres plus âgés ont fait l'objet de la plupart des recherches, principalement parce que les parties en bois contiennent la plus forte concentration de sucre, ce qui est important pour la fabrication d'éthanol et de produits chimiques. Des études antérieures montrent que les copeaux de peuplier sont une source viable de biocarburant, mais les coûts ne s'effacent toujours pas, d'autant plus que les arbres ne sont coupés qu'une fois tous les 10 ans et plus. En outre, d'autres parties de l'arbre sont gaspillées lorsque seul le tronc est utilisé, rendant le processus plus inefficace et inutile.
Cependant, si le peuplier était planté près les uns des autres comme une culture agricole, et les arbres entiers ont été récoltés sur un cycle beaucoup plus rapide, cela pourrait avoir du sens du point de vue des coûts et offrir un retour sur investissement court—et être plus attrayant pour les agriculteurs.
Les carburants alternatifs doivent avoir un sens économique, soulignent les chercheurs, pour que les biocarburants fassent une brèche sur le marché tiré du pétrole.
« Nous avons les incitations environnementales pour produire des carburants et des produits chimiques à partir de ressources renouvelables, mais maintenant, ils ne suffisent pas à concurrencer les bas prix du pétrole. C'est le problème, " dit Renata Bura, un professeur agrégé UW à l'École des sciences de l'environnement et des forêts et l'auteur principal.
La recherche de Bura fait partie du projet Advanced Hardwood Biofuels Northwest financé par l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture du département de l'Agriculture des États-Unis. Le projet, dirigé par le professeur UW Rick Gustafson, est un consortium d'universités et d'industries dirigé par l'UW dont l'objectif est de jeter les bases d'une industrie des biocarburants et de la bio-industrie du nord-ouest du Pacifique basée sur la matière première du peuplier. Pour cette étude, arbres à Jefferson, L'Oregon, l'un des quatre sites d'étude, a été planté en rangées rapprochées au printemps 2012 et récolté moins de deux ans plus tard avant la chute des feuilles.
Les arbres des fermes de peuplier standard sont plus vieux et plus grands avant d'être récoltés. Crédit :Chang Dou/Université de Washington
L'équipe de l'UW a d'abord testé si de jeunes peupliers entiers pouvaient être convertis en sucre par un processus utilisant une température élevée, pression et des enzymes pour décomposer les matériaux en bois en sucre. De là, il est possible de faire de l'éthanol, acide acétique, l'acide lactique et d'autres produits chimiques précieux en fermentant le sucre.
Après avoir traité les arbres, les chercheurs ont découvert que les feuilles étaient peu performantes et réduisaient la production globale de sucre, pas seulement parce que les feuilles sont naturellement faibles en sucre, mais ils contiennent également d'autres produits chimiques qui entravent le processus de libération du sucre. Lorsqu'il est étendu à une opération commerciale, les feuilles doivent être enlevées et peuvent être utilisées à d'autres fins, comme les aliments pour animaux.
Ils ont également testé des peupliers entiers de la même parcelle dans un autre processus de conversion qui utilise une chaleur beaucoup plus élevée - jusqu'à 500 degrés Celsius - pour transformer les matériaux de l'arbre directement en biohuile dans un processus appelé "pyrolyse". Des recherches sont en cours pour convertir cette huile brun foncé en un carburant de transport qui ressemble à l'essence ou au diesel.
Dans l'expérience, les chercheurs ont découvert que l'inclusion de feuilles ne faisait pas une grande différence sur la qualité de l'huile biologique résultante. Lorsqu'il est agrandi, les producteurs pourraient finalement gagner du temps et de l'argent en ne séparant pas les feuilles des branches pour obtenir une huile de qualité similaire.
Les futures usines de production de peuplier pourraient tirer parti des deux méthodes, des facteurs de pondération comme le coût actuel des matériaux ou la valeur en dollars des produits fabriqués pour déterminer quelle méthode est la plus sensée financièrement, Dou a expliqué.
Les chercheurs ont récolté des peupliers approximativement de la taille indiquée sur cette photo. Crédit :Chang Dou/Université de Washington
Les jeunes peupliers utilisés dans l'étude ont des propriétés similaires à celles des pousses qui pousseraient à partir d'une souche lors d'une véritable opération de recépage. En utilisant cette méthode de coupe, il est possible de récolter des arbres tous les deux ans jusqu'à 20 ans sans l'effort et le coût supplémentaires de l'arrachage des racines, préparer le sol et planter de nouveaux arbres, ce qui est nécessaire dans les régimes de plantation habituels.
Finalement, les chercheurs disent que le peuplier en taillis est probablement le meilleur équilibre entre coût et fiabilité pour les producteurs du nord-ouest du Pacifique pour produire du biocarburant.
"Actuellement, nous examinons comment nous pouvons cultiver le peuplier pour des services écosystémiques monétisés, " dit Bura. " A l'avenir, nous envisageons une industrie biosourcée qui offrira de multiples avantages environnementaux, dynamisera les communautés rurales et servira de passerelle vers une industrie des biocarburants pleinement développée. »
