Des déchets tels que les copeaux de bois et les rafles de maïs, Les chercheurs de l'UD extraient des sucres qui peuvent remplacer le pétrole dans la fabrication de milliers de produits de consommation. Crédit :Evan Krape/Université du Delaware
Le shampoing avec lequel tu t'es lavé les cheveux ce matin. Les ballons pour la fête. Réfrigérateurs et lunettes de soleil, médicament et anti-moustique, cordes de guitare et leurres de pêche. Ceux-ci, et des milliers d'autres produits que nous utilisons chaque jour, contiennent des produits chimiques à base de pétrole. Mais les chercheurs de l'Université du Delaware peuvent désormais offrir aux fabricants une alternative beaucoup plus douce à ce combustible fossile.
Une équipe de recherche UD a inventé un procédé plus efficace pour extraire les sucres des copeaux de bois, épis de maïs et autres déchets organiques provenant des forêts et des fermes. Cette matière première biorenouvelable pourrait servir de solution moins chère, substitut durable du pétrole utilisé dans la fabrication de tonnes et de tonnes de biens de consommation chaque année, des biens que les consommateurs veulent être plus écologiques. Plus de la moitié des consommateurs aux États-Unis sont prêts à payer plus cher pour des produits respectueux de l'environnement, selon l'enquête de GfK MRI sur le consommateur américain, signalé plus tôt cette année.
Basudeb Saha, directeur associé de la recherche au Catalysis Center for Energy Innovation de l'UD, un centre de recherche Energy Frontier désigné par le département de l'énergie des États-Unis, a dirigé l'effort, qui impliquait des scientifiques de l'UD et de l'Université Rutgers. Les résultats sont publiés dans ChemSusChem , une revue interdisciplinaire de premier plan axée sur la chimie durable.
"Pour fabriquer des produits chimiques et des carburants plus écologiques, nous travaillons avec du matériel végétal, mais nous ne voulons pas rivaliser avec sa valeur alimentaire, " dit Saha. " Alors au lieu de prendre du maïs et d'en extraire les sucres pour faire de l'éthanol, nous utilisons les tiges et les épis qui restent après la récolte du maïs, ainsi que d'autres types de déchets comme les copeaux de bois et les balles de riz."
Bien que la dernière décennie ait vu une évolution vers l'utilisation de ces déchets, dite biomasse lignocellulosique, créer des produits chimiques pour produire des plastiques biodégradables, médicaments, cosmétiques et biocarburants, les bioraffineries ont du mal à trouver des approvisionnements stables et avec des coûts de traitement élevés.
Bien que les copeaux de bois et les épis de maïs puissent sembler simples, matériaux bon marché, ils sont difficiles à décomposer chimiquement.
"La lignine qui rend leurs parois cellulaires si dures et robustes agit comme de la superglue, tenant fermement les sucres, " dit Saha.
Sunitha Sadula, chercheur postdoctoral au Catalysis Center for Energy Innovation de l'UD, un centre de recherche DOE Energy Frontier, travaille en laboratoire pour extraire les sucres des copeaux de bois, épis de maïs et autres déchets forestiers et agricoles. Crédit :Evan Krape/Université du Delaware
UD invente la technologie en une seule étape
L'industrie sépare actuellement les sucres de la lignine grâce à un processus en deux étapes utilisant des produits chimiques et des conditions de réaction agressifs dans la première étape, et une enzyme coûteuse dans la deuxième étape. Ce processus rend les sucres résultants coûteux et les produits finaux, bien que renouvelable, moins compétitifs que ceux produits avec du pétrole.
Le procédé inventé à UD, cependant, n'est qu'une étape. Il ne nécessite pas d'étape de prétraitement distincte couramment utilisée dans les bioraffineries pour désintégrer la lignine des polymères de sucre cellulose et hémicellulose. La technologie en une étape d'UD intègre l'étape de prétraitement et l'hydrolyse de la cellulose et de l'hémicellulose dans un seul pot et fonctionne à une température considérablement basse (85°C) et un temps de réaction court (une heure), ce qui rend la méthode économe en énergie. C'est économe en eau, trop.
La clé de la technologie, qui a été déposée en tant que demande de brevet internationale par UD, est l'utilisation d'une solution concentrée d'un sel inorganique en présence d'une petite quantité d'acide minéral. La solution saline concentrée nécessite une quantité minimale d'eau. La solution gonfle les particules de bois ou autre biomasse, permettre à la solution d'interagir avec les fibres, un peu comme un journal gonfle quand de l'eau s'y renverse.
Les propriétés uniques de la solution saline rendent la méthode très efficace, Saha a dit, avec jusqu'à un rendement théorique de 95 pour cent de sucres.
Quoi de plus, l'équipe a intégré le processus avec une autre étape, appelée réaction de déshydratation, qui transforme les sucres en furannes dans le même pot et permet de recycler la solution saline. Les furanes sont des composés très polyvalents utilisés comme matières premières pour la fabrication de produits chimiques de spécialité.
L'innovation UD utilise l'intensification des processus, la réalisation de plusieurs étapes de manière intégrée, d'où une consommation d'énergie et d'eau moindre. Ce concept, mis en œuvre à grande échelle, est au centre de RAPID, un Manufacturing USA Institute dirigé par l'American Institute of Chemical Engineers, ce qui implique également UD en tant qu'acteur clé.
"Notre procédé permet, pour la première fois, la production économique de flux d'alimentation qui pourraient profondément améliorer l'économie des bioproduits cellulosiques fabriqués en aval, sans parler des bénéfices environnementaux du remplacement du pétrole, " dit Saha. " Plus de 10, 000 millions de tonnes d'émissions de carbone ont été signalées en 2010 à partir de combustibles fossiles conventionnels et de produits chimiques, qui a un effet catastrophique à long terme sur notre environnement."
