Financé par une subvention du Département de l'énergie des États-Unis, une équipe de chercheurs du Worcester Polytechnic Institute (WPI) crée un meilleur moyen de convertir les déchets alimentaires en biocarburants respectueux de l'environnement, un projet qui aurait un impact sur des problèmes mondiaux comme la dépendance au pétrole brut, déchets alimentaires, et la pollution de l'eau.

L'utilisation des déchets alimentaires pour créer des biocarburants n'est pas nouvelle, mais les processus développés jusqu'à présent, qui sont encombrants et coûteux, n'ont pas pris. Dans un article publié dans la revue en libre accès Énergies , Michael Timko, professeur agrégé de génie chimique, rend compte des travaux d'une équipe de collègues pour améliorer considérablement le rendement en huile du processus de conversion des déchets alimentaires tout en améliorant l'efficacité.

« Les gens travaillent depuis des décennies pour fabriquer des carburants qui concurrencent le pétrole, " a déclaré Timko. " Nous cherchons à réduire notre dépendance au pétrole brut, une ressource qui s'épuise et qui contribue au changement climatique. Si nous pouvons le faire en utilisant quelque chose qui, autrement, continuerait à remplir nos sites d'enfouissement municipaux, c'est de deux façons que nous profiterions de notre environnement. Ce n'est probablement pas encore suffisant pour rendre le processus économiquement réalisable, mais c'est un pas dans la bonne direction."

Timko a déclaré que son processus décrit dans le nouveau document, qui a été financé par un an, 168 $, 373 Subvention SBIR du Département de l'énergie des États-Unis, pourrait devenir un moyen économique de transformer des aliments avariés ou jetés en biocarburant pour alimenter les écoles, Restaurants, épiceries, et même des communautés entières. Il a déclaré qu'il envisageait des réacteurs qui permettraient aux entreprises et aux institutions qui vendent ou servent de la nourriture de traiter leurs déchets pour générer un combustible liquide qu'ils pourraient utiliser pour produire de l'électricité, économiser de l'argent et aider l'environnement. Et, il a dit, en gardant les déchets alimentaires hors des décharges, où il se décompose pour produire des gaz à effet de serre et de la pollution de l'eau, le processus aura des avantages environnementaux significatifs.

Environ un tiers de tous les aliments produits pour la consommation humaine sont perdus ou gaspillés, soit environ 1,3 milliard de tonnes par an, ou une perte d'environ 161 milliards de dollars, selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. Trente millions de tonnes sont gaspillées chaque année rien qu'aux États-Unis.

Les scientifiques savent depuis des décennies comment fabriquer des carburants liquides et gazeux à partir de déchets alimentaires, en utilisant divers procédés et avec un succès variable. Un processus plus récent, liquéfaction hydrothermale, est une alternative prometteuse, mais les autres, a des inconvénients. Grâce à ce processus, la biomasse humide (comme les déchets alimentaires) est placée dans un réacteur de type autocuiseur et exposée à des températures et des pressions élevées. Dans ces conditions, les hydrocarbures de la biomasse se décomposent pour produire un biocarburant similaire au pétrole brut.

Le problème est qu'une fraction importante des composés organiques produits, y compris les acides et les alcools, finissent dans la phase aqueuse produite par la réaction et ne sont pas convertis en biocarburant. Les eaux usées peuvent être traitées davantage pour produire plus d'huile utilisable ou traitées pour les rendre suffisamment propres pour être rejetées, mais l'une ou l'autre option ajoute un coût considérable et utilise de l'énergie supplémentaire.

"Notre défi est de fabriquer un carburant qui soit économique par rapport aux carburants à base de pétrole, " dit Timko. " En fait, notre biocarburant doit être moins cher que le pétrole parce que cette industrie a 80 à 100 ans de dynamisme et une infrastructure massive derrière elle. »

Timko et son équipe ont décidé d'ajouter des catalyseurs à la réaction de liquéfaction pour voir s'ils pouvaient réduire la quantité de composés carbonés perdus dans la phase aqueuse et augmenter le rendement en pétrole, rendant ainsi le processus plus efficace et économique. Ils ont expérimenté deux types de composés :le carbonate de sodium (Na2Co3), un catalyseur homogène, et un groupe de catalyseurs hétérogènes appelés oxydes mixtes cérium-zirconium (CeZrOx).

Bien que le carbonate de sodium n'augmente pas significativement le rendement en huile, l'ajout de CeZrOx l'a fait (de moins de 40 % à plus de 50 %), tout en réduisant la quantité de composés restant dans la phase aqueuse. "En ajoutant ces catalyseurs, nous avons pu augmenter le rendement du biocarburant et réduire de 50 pour cent la perte de composés dans la phase aqueuse. Un changement de 50 pour cent est très prometteur, " dit Timko.

Dans les recherches en cours, l'équipe étudie d'autres catalyseurs potentiels, y compris la boue rouge, un déchet créé lors de la production d'aluminium, ce qui n'est pas cher, stable, et fiable.

Alex Maag, un étudiant diplômé WPI en génie chimique, a coordonné les expériences de laboratoire pour le projet et supervisé les contributions d'une équipe de grands projets de qualification (MQP) :Maria Bailey, majors seniors en génie chimique, Jérémy Hemingway, et Nick Carabillo. (Le MQP est une expérience de conception ou de recherche de niveau professionnel que tous les étudiants de premier cycle de WPI doivent compléter.) Maag est co-auteur de l'article Energies, avec Timko, Geoffrey Tompsett, enseignant-chercheur assistant en génie chimique, et Alex Paulsen, Ted Amundsen, et Paul Yevington de Mainstream Engineering Corporation à Rockledge, Floride

"En utilisant quelque chose qui autrement irait dans nos décharges, " dit Maag, « contribuer à la production de méthane, un gaz à effet de serre, ainsi que la pollution de l'eau et l'érosion, nous serons en mesure de réduire notre dépendance au pétrole brut, une ressource en diminution qui contribue au changement climatique. Nous résolvons deux problèmes à la fois."