Le pétrole brut se vendant moins de 50 $ le baril, il y a peu d'incitations économiques à développer des produits chimiques biorenouvelables comme seuls remplacements directs des produits pétrochimiques.

C'est une réalité qui a poussé les dirigeants du National Science Foundation Engineering Research Center for Biorenewable Chemicals (CBiRC) basé à l'Iowa State University à proposer un nouveau modèle pour créer, postuler, et commercialiser des produits chimiques à base de tiges de maïs, copeaux de bois et autres sources de biomasse.

Le modèle des chercheurs repose sur neuf années de travail au CBiRC pour étudier, réduire les risques et développer des technologies biorenouvelables. Le modèle appelle à identifier des "molécules bioprivilégiés" qui offrent des propriétés uniques qui pourraient conduire à de nouveaux produits.

Le modèle a été présenté par Brent Shanks et Peter Keeling du CBiRC dans un article récent sur les perspectives, « Molécules bioprivilégiés :créer de la valeur à partir de la biomasse, " publié par la revue Chimie verte et figurait sur sa couverture. Shanks est le directeur de CBiRC, un Anson Marston Distinguished Professor in Engineering à l'Iowa State et la chaire Mike et Jean Steffenson en génie chimique et biologique. Keeling est le directeur de la collaboration industrielle et de l'innovation pour CBiRC.

"Les molécules bioprivilégiés par leur origine à partir de molécules d'origine biologique et la pléthore concomitante de fonctionnalités ont le potentiel d'élargir considérablement l'horizon des bioproduits au-delà de la portée de la pétrochimie, " Shanks et Keeling ont écrit dans leur journal.

Les deux définissent les molécules bioprivilégiés comme des intermédiaires chimiques qui proviennent de sources biologiques et peuvent être efficacement convertis en divers produits, y compris les nouveaux produits chimiques et les remplacements instantanés des produits chimiques existants.

Shanks et Keeling ont également présenté leurs idées sur les molécules bioprivilégiées lors d'un atelier en janvier soutenu par la National Science Foundation et d'une conférence en juin parrainée par le département américain de l'Énergie.

"Ce dont nous parlons, ce sont de nouvelles molécules avec de nouvelles propriétés, " Keeling a déclaré. "Ces molécules n'ont pas été envisagées parce qu'elles n'étaient pas possibles à partir de la pétrochimie. Mais il pourrait y avoir une grande valeur dans cette nouveauté."

Shanks a déclaré que le CBiRC - créé en 2008 dans le but de combiner les outils des biologistes et des chimistes pour développer des technologies hybrides pour la production de produits chimiques biorenouvelables - a ouvert la voie à une telle approche.

Pas de nouvelles molécules

Les raffineries de pétrole transformant le pétrole brut en carburants produisent également des gaz légers comme sous-produit. Des entreprises ont pris ces gaz et les ont transformés en molécules intermédiaires (alcènes et aromatiques) qui alimentent l'industrie pétrochimique et produisent ses plastiques, fibres, adhésifs, détergents, des peintures, encres et bien plus encore.

C'est une industrie qui existe depuis plus d'un siècle. Par conséquent, il travaille avec des molécules familières et des processus efficaces qui produisent des produits chimiques à faible coût.

Shanks a déclaré que les chercheurs affiliés au CBiRC, qui a été soutenu par une série de subventions totalisant 35,26 millions de dollars de la National Science Foundation, ne trouvaient pas de moyens économiquement viables pour les produits chimiques biosourcés de remplacer ces produits pétrochimiques à partir de pétrole brut bon marché.

Mais, il a déclaré que l'industrie pétrochimique n'avait pas produit de nouvelles molécules commerciales depuis deux décennies. Et cela a créé ce qui pourrait être une ouverture pour de précieux produits chimiques biosourcés.

"La question que vous devez vous poser est, « Avons-nous toutes les molécules dont nous avons besoin ? » », a déclaré Shanks. « Avons-nous terminé ? »

Se tourner vers les molécules biosourcées

Shanks a déclaré que les chercheurs du CBiRC ont demandé aux scientifiques et aux ingénieurs de l'industrie des produits de consommation s'ils disposaient de toutes les molécules dont ils avaient besoin.

"La réponse retentissante que nous obtenons est non, " dit-il. " Ils disent, « Nous avons besoin de nouvelles innovations, Nouveaux produits, de nouvelles molécules.'"

D'où vont donc venir ces molécules ?

Shanks et Keeling indiquent que la biomasse des plantes est une source de nouvelles molécules intermédiaires.

« Les matières premières dérivées de la biomasse sont particulièrement prometteuses pour augmenter considérablement le pool d'intermédiaires possibles, car elles offrent une riche gamme de complexité chimique, " ont-ils écrit dans leur journal.

Les produits chimiques résultants pourraient être des produits pharmaceutiques de nouvelle génération, nutraceutiques, antimicrobiens, insecticides, désherbants, biens de consommation et produits chimiques de spécialité.

"Il ne fait aucun doute que les molécules dérivées de la biomasse sont très prometteuses pour générer des produits aux propriétés améliorées, " ils ont écrit.

La méthode CBiRC

Maintenant que CBiRC existe depuis neuf ans, Shanks a déclaré que le centre de recherche a plusieurs études de cas démontrant comment les molécules bioprivilégiés créent de nouveaux produits et opportunités.

L'acide muconique est un exemple cité dans le Chimie verte papier.

L'année dernière, deux chercheurs affiliés au CBiRC - Zengyi Shao et Jean-Philippe Tessonnier, Des professeurs assistants en génie chimique et biologique de l'État de l'Iowa ont expliqué comment ils produisaient un nylon biorenouvelable.

Ils ont commencé avec de la levure génétiquement modifiée - "une usine microbienne, " Shao a dit - qui fermente le glucose en acide muconique. Ensuite, en utilisant un catalyseur métallique et un peu d'électricité, les chercheurs ont produit de l'acide 3-hexènedioïque. Avec quelques étapes simples de séparation et de polymérisation, ils se sont retrouvés avec du biosourcé, nylon 6 insaturé, 6.

"Il n'y a pas de bon moyen d'obtenir cette molécule à partir de la pétrochimie, " dit Shanks. " Mais la biologie peut faire tellement de choses. "

Il faudra beaucoup de tests pour comprendre exactement ce que les molécules bioprivilégées peuvent faire. Et c'est ainsi que Shanks et Keeling ont écrit que la voie à suivre devrait inclure de nouvelles stratégies de calcul et expérimentales pour tester les produits chimiques biosourcés pour des applications nouvelles et précieuses.

Encore une fois, Keeling a déclaré que le CBiRC s'efforce de montrer la voie en développant des approches pour identifier systématiquement les molécules bioprivilégiés ainsi que des stratégies à haut débit qui peuvent évaluer rapidement des milliers de nouvelles molécules pour des applications dans diverses industries.

"Nous disons, 'Fabriquons des molécules, "", a déclaré Keeling. "Il est très difficile de concevoir une nouvelle molécule. Alors on prend du neuf, molécules bioprivilégiés et de voir où elles peuvent être utilisées au mieux."