Développer les énergies renouvelables, alternatives à base de plantes pour les produits chimiques dérivés du pétrole est un élément majeur de l'effort de transition d'une économie basée sur les combustibles fossiles vers une économie biosourcée plus durable et plus respectueuse de l'environnement. Mais l'intégration de technologies nouvelles et non éprouvées dans les systèmes industriels existants comporte un élément de risque qui a fait de la commercialisation de telles avancées un défi important.

Dans de nouvelles recherches, publié récemment dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement , une équipe du Great Lakes Bioenergy Research Center et de l'Université du Wisconsin-Madison décrit un procédé efficace et économiquement faisable pour produire du HMF-5-hydroxyméthylfurfural, un produit chimique d'origine végétale polyvalent considéré comme crucial pour la construction d'une économie renouvelable.

Quoi de plus, le procédé est simple et compatible avec l'infrastructure existante dans l'industrie du sirop de maïs à haute teneur en fructose, montrent les chercheurs.

"Nous nous sommes intégrés à un processus actuel pour réduire un peu le risque initial et diminuer le capital initial requis pour mettre les choses sur le terrain pour prouver la technologie, " dit Ali Hussain Motagamwala, qui a dirigé le projet alors qu'il était étudiant diplômé de l'UW-Madison en génie chimique et biologique.

Le HMF peut être utilisé pour fabriquer une large gamme de produits chimiques, plastiques et carburants. C'est un candidat attrayant pour la commercialisation en partie parce qu'il existe déjà un marché établi pour de nombreux produits fabriqués avec du HMF. L'un est une version entièrement d'origine végétale du polyéthylène téréphtalate (PET), le plastique commun utilisé pour fabriquer des bouteilles de boissons et d'autres emballages alimentaires. Par exemple, Coca Cola, Danone, et BASF ont déjà investi dans la production d'acide furandicarboxylique, un produit chimique dérivé du HMF utilisé pour fabriquer des bouteilles en plastique 100 % biosourcées.

À ce jour, cependant, L'utilisation de HMF a été limitée par son coût de production élevé. Les plastiques biosourcés sont actuellement plus chers que leurs homologues pétroliers, en grande partie en raison de l'échelle des procédés de fabrication existants.

"Il y a une demande pour des alternatives durables. La question est, dans quelle mesure pouvons-nous être compétitifs avec les produits à base de pétrole ?", déclare Motagamwala.

UW-Madison génie chimique et biologique Professeur James A. Dumesic, auteur principal de l'article, travaille depuis plus de deux décennies sur des technologies permettant de produire de manière durable et économique du HMF à partir de sucres dérivés de la biomasse.

« Nous savons depuis de nombreuses années que l'HMF est une molécule plateforme au potentiel énorme, mais cela a été un défi permanent de produire du HMF de manière rentable à partir de ressources glucidiques durables, " Dit Dumesic. "Nos premiers travaux se sont concentrés sur l'utilisation de systèmes de solvants spéciaux pour produire du HMF à partir de fructose avec des rendements élevés."

Le problème a toujours été le solvant dans lequel le HMF a été produit.

« Les solvants généralement utilisés sont eux-mêmes chers, et la séparation du solvant et du produit rend le procédé encore plus coûteux, " dit Motagamwala. " Maintenant, nous avons montré que nous pouvons fabriquer du HMF avec un rendement très élevé - près de 95 % - avec un système de solvant peu coûteux qui peut être éliminé très facilement. "

Le procédé de l'équipe GLBRC déshydrate le fructose en HMF à l'aide d'un système solvant composé uniquement d'acétone et d'eau, avec un catalyseur acide solide stable. En plus d'être bon marché et facilement accessible, les solvants sont inoffensifs pour l'environnement et faciles à séparer du HMF résultant.

"L'une des meilleures choses à propos du nouveau processus est que toutes les opérations unitaires utilisées sont simples et sont actuellement employées dans l'industrie, " dit Motagamwala. Cela signifie un investissement en capital plus faible et moins de risques que ce qui est généralement associé aux technologies non éprouvées.

Les chercheurs ont mené une évaluation technico-économique pour évaluer la faisabilité du déploiement du nouveau procédé. Il montre qu'un prix de vente minimum pour HMF de 1 $, 710 par tonne atteindra un retour sur investissement de 25 %, un pourcentage confortable destiné à rassurer la rentabilité.

Le facteur le plus important dans la détermination de ce prix est le coût de la matière première - dans ce cas, fructose. Cela signifie qu'une entreprise de l'industrie du maïs contrôlerait déjà le plus gros coût du système. Cela signifie également que lorsque l'offre de sirop de maïs à haute teneur en fructose est supérieure à la demande, l'industrie pourrait dériver l'excès de fructose vers le HMF en tant que produit séparé, flux de produits à haute valeur ajoutée.

Les chercheurs ont également démontré comment le processus peut être étendu pour utiliser le glucose comme matière première. Parce que le glucose peut être facilement produit à partir de la biomasse, il est moins cher et plus abondant que le fructose. Cependant, La production de HMF à partir de glucose nécessite une étape de traitement supplémentaire et une infrastructure supplémentaire.

Prouver la technologie utilisant le fructose est la première étape, selon Motagamwala.

"La mise en œuvre à long terme du procédé est d'obtenir des plantes à partir de glucose, ce qui fera baisser le coût encore plus, " il dit.