Christos Maravelias. Crédit :Matt Wisniewski
Pétrochimie, les composés dérivés du pétrole et du gaz qui servent de squelette moléculaire à une grande partie du commerce moderne, a commandé une valeur marchande de 539,3 milliards de dollars en 2018.
Le remplacement de quelques-uns de ces produits pétroliers par des produits chimiques fabriqués à partir de plantes ou de microbes pourrait réduire considérablement la consommation mondiale de combustibles fossiles.
C'est pourquoi une équipe d'ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison a développé une méthode pour identifier les composés à base de plantes qui sont prometteurs en tant que remplacements potentiels des produits pétrochimiques. Ils ont publié leurs résultats ce mois-ci dans la revue iScience .
« Cela fournira des conseils pour la conception et la découverte de produits, " dit Wenzhao Wu, qui a mené la recherche avant d'obtenir son doctorat en génie chimique de l'UW-Madison en 2018 et travaille maintenant dans la division de recherche stratégique d'entreprise d'ExxonMobil. "Cela aidera également la communauté des biocarburants à se concentrer sur les produits chimiques à produire."
Quels produits chimiques produire est une question cruciale – et la réponse pourrait faire ou défaire si les biocarburants sont capables de rivaliser avec le coût du pétrole.
"Nous étudions la production chimique, en plus des carburants, améliorer l'économie des bioraffineries, " dit Christos Maravelias, un professeur UW-Madison de génie chimique et biologique. "La logique est que la conversion de la biomasse en carburant est relativement inefficace par rapport au pétrole et au gaz, mais la production chimique pourrait être plus rentable."
Les raffineries de pétrole et de gaz produisent une multitude de produits chimiques de base aux côtés de produits pétroliers pour satisfaire une demande insatiable de nombreuses industries, y compris l'agriculture, pharmaceutiques et électroniques.
Le remplacement de certains de ces produits chimiques de base par des produits biosourcés pourrait contribuer à réduire notre dépendance quasi exclusive au pétrole. En réalité, Maravelias étudie déjà quels produits chimiques courants pourraient être le mieux produits à partir de sources végétales ou microbiennes.
Les réacteurs à flux de biocarburants comme celui-ci décomposent les matières végétales en molécules qui peuvent être utilisées comme combustibles ou vendues comme produits chimiques de base, et un nouveau cadre pourrait aider les ingénieurs chimistes à trouver des composés biologiques pour remplacer les produits pétrochimiques sur les marchés actuels. Crédit :Matt Wisniewski
C'est relativement étroit, La vue « aujourd'hui » ne capture pas le large éventail de produits chimiques qui pourraient être fabriqués à partir de plantes microbiennes. Donc, les chercheurs ont cherché une stratégie pour identifier les produits chimiques émergents - des composés biosourcés pas encore en production à grande échelle, mais potentiellement capable de se substituer à un produit pétrochimique en usage aujourd'hui.
Les chercheurs ont surnommé les nouveaux venus « produits chimiques de remplacement, " identifié grâce à une analyse minutieuse de tout, des volumes et des prix du marché à la composition atomique.
Comme c'est le cas pour les produits chimiques à base de pétrole, les produits chimiques de remplacement pourraient un jour être vendus aux côtés des biocarburants. Par conséquent, les chercheurs devaient trouver des composés qui pourraient générer des revenus substantiels en tant que coproduits.
Ils ont également pris en compte la demande. Par exemple, de nombreux produits chimiques (tels que les molécules complexes utilisées pour synthétiser des médicaments sur ordonnance ou des produits pharmaceutiques) peuvent coûter cher, mais ces composés coûteux ne représentent qu'une infime fraction du marché total.
« Si les biocarburants peuvent être adoptés à grande échelle, leurs coproduits devraient avoir une demande importante, " dit Maravelias. " Si nous ne produisions que des produits chimiques de spécialité, il n'y aurait pas un marché assez grand."
Élargir l'équation pour inclure les volumes de marché ainsi que les prix, les chercheurs ont identifié les caractéristiques des produits chimiques qui sont à la fois très demandés et difficiles à obtenir à partir de combustibles fossiles.
Et en superposant dans une troisième étape d'analyse basée sur la structure moléculaire, les chercheurs se sont concentrés sur les caractéristiques qui permettent aux produits chimiques biosourcés réussis d'équilibrer le compromis entre le prix et la demande - et, surtout, être facilement produit à partir de sources biologiques.
Ils espèrent que ces caractéristiques motiveront d'autres chercheurs en biocarburants à franchir les prochaines étapes :concevoir et développer des voies à base de plantes ou de microbes pour synthétiser des molécules qui deviendront les produits chimiques de remplacement de demain.
