L'auteur Carolina Araujo Barcelos prépare la biomasse ligneuse pour la déconstruction en sucres fermentescibles. Crédit :Berkeley Lab
Dépendance aux carburants pétroliers et aux feux de forêt qui font rage :deux défis à grande échelle qui pourraient être relevés par une seule percée scientifique.
Les équipes du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et des Sandia National Laboratories ont collaboré pour développer un processus rationalisé et efficace de conversion de la matière végétale ligneuse comme la prolifération des forêts et les déchets agricoles - des matériaux actuellement brûlés intentionnellement ou non - en biocarburant liquide. Leurs recherches ont été publiées récemment dans la revue ACS Chimie et Ingénierie Durables .
« Selon un récent rapport, d'ici 2050, 38 millions de tonnes de biomasse ligneuse sèche seront disponibles chaque année, ce qui en fait une source de carbone exceptionnellement abondante pour la production de biocarburants, " a déclaré Caroline Barcelos, ingénieur principal des procédés à l'unité de développement de procédés pour les biocarburants et les bioproduits avancés (ABPDU) de Berkeley Lab.
Cependant, les efforts pour convertir la biomasse ligneuse en biocarburant sont généralement entravés par les propriétés intrinsèques du bois qui le rendent très difficile à décomposer chimiquement, a ajouté Eric Sundstrom, chercheur à l'ABPDU. "Nos deux études détaillent une voie de conversion à faible coût pour les sources de biomasse qui seraient autrement brûlées sur le terrain ou en tas de rémanents, ou augmenter le risque et la gravité des feux de forêt saisonniers. Nous avons la capacité de transformer ces sources de carbone renouvelables issues de la pollution de l'air et des risques d'incendie en un carburant durable. »
Photos des coulisses. Jipeng Yan, un co-auteur de l'article de Sundstrom et Barcelos et ancien ingénieur principal des procédés à l'ABPDU est vu en train de ramasser des copeaux de bois. Crédit :Berkeley Lab
Dans une étude menée par Barcelos et Sundstrom, les scientifiques ont utilisé des produits chimiques non toxiques, enzymes disponibles dans le commerce, et une souche de levure spécialement conçue pour convertir le bois en éthanol dans un seul réacteur, ou "pot". Par ailleurs, une analyse technologique et économique subséquente a aidé l'équipe à identifier les améliorations nécessaires pour atteindre la production d'éthanol à 3 $ par gallon d'essence équivalent (GGE) via cette voie de conversion. Il s'agit du tout premier processus de bout en bout de production d'éthanol à partir de biomasse ligneuse, doté à la fois d'une efficacité de conversion élevée et d'une configuration simple à un seul pot. (Comme tout cuisinier le sait, les recettes en un seul pot sont toujours plus faciles que celles nécessitant plusieurs pots, et dans ce cas, cela signifie également une consommation d'eau et d'énergie réduite.)
Dans une étude complémentaire, dirigé par John Gladden et Lalitendu Das au Joint BioEnergy Institute (JBEI), une équipe a affiné le processus à un pot afin qu'il puisse convertir la biomasse ligneuse californienne, comme le pin, amande, noyer, et les débris de sapin - avec le même niveau d'efficacité que les méthodes existantes utilisées pour convertir la biomasse herbacée, même lorsque l'entrée est un mélange de différents types de bois.
"Enlever la biomasse ligneuse des forêts, comme les pins envahis de la Sierra, et des zones agricoles comme les vergers d'amandiers de la vallée centrale de Californie, nous pouvons résoudre plusieurs problèmes à la fois :incendies de forêt catastrophiques dans les États sujets aux incendies, les risques de pollution de l'air dus au brûlage contrôlé des résidus de récolte, et notre dépendance aux énergies fossiles, " dit Das, un stagiaire postdoctoral à JBEI et Sandia. "En plus de ça, nous réduirions considérablement la quantité de carbone ajoutée à l'atmosphère et créerions de nouveaux emplois dans l'industrie de la bioénergie. »
Un aperçu du processus de conversion, du bois jusqu'à l'éthanol purifié. Crédit :Eric Sundstrom et Carolina Araujo Barcelos/Berkeley Lab
L'éthanol est déjà utilisé comme additif réducteur d'émissions dans l'essence conventionnelle, constituant généralement environ 10 % du gaz que nous pompons dans nos voitures et camions. Certains véhicules spéciaux sont conçus pour fonctionner avec du carburant avec des compositions d'éthanol plus élevées pouvant atteindre 83 %. En outre, l'éthanol généré à partir de la biomasse végétale peut être utilisé comme ingrédient pour fabriquer des carburants diesel et aviation plus complexes, qui contribuent à décarboner les secteurs de l'aviation et du fret difficiles à électrifier. Actuellement, la source la plus courante d'éthanol biosourcé est le maïs en grains, une matière amylacée beaucoup plus facile à décomposer chimiquement, mais nécessite un terrain, l'eau, et d'autres ressources à produire.
Ces études indiquent que la biomasse ligneuse peut être efficacement décomposée et convertie en biocarburants avancés dans un processus intégré qui est compétitif par rapport à l'éthanol de maïs à base d'amidon. Ces technologies peuvent également être utilisées pour produire des biocarburants « drop-in » chimiquement identiques aux composés déjà présents dans l'essence et le diesel.
Les prochaines étapes de cet effort sont de développer, conception, et déployer la technologie à l'échelle pilote, qui est défini comme un processus qui convertit une tonne de biomasse par jour. Les équipes du Berkeley Lab travaillent avec Aemetis, une entreprise de carburants renouvelables et de produits biochimiques avancés basée dans la région de la baie, commercialiser la technologie et la lancer à plus grande échelle une fois la phase pilote terminée.
