19 Octobre 2017  |  Environnement
Publié dans Sécurité Environnement 02/2017

Comment redonner de la valeur à la lignine

La lignine est une chaîne de molécules issue du bois, qui est généralement rejetée lors de la production de biocarburant. Mais une nouvelle méthode élaborée à l’EPFL pourrait redonner de la valeur à ce composant jusqu’ici négligé́.

Réduire notre dépendance aux combustibles fossiles implique de se tourner vers les biocarburants dérivés des plantes, ainsi que vers des produits chimiques. Mais les produire de manière économique à partir de plantes et d’autres matières organiques - ce qu’on appelle globalement la biomasse - est un défi technologique majeur.
La plus grande part de la biomasse se trouve sous la forme de plantes non comestibles, comme les arbres, l’herbe et les algues. Elles contiennent des sucres qui peuvent être mis en fermentation pour produire du carburant. Mais la biomasse contient aussi de la lignine, un polymère organique massif et complexe, que contient l’écorce et le bois. C’est elle qui donne leur rigidité́ aux plantes.
Parce qu’elle est difficile à traiter, la lignine est généralement rejetée lors de la production de biocarburant. Or, des scientifiques de l’EPFL viennent de faire passer la lignine de l’état de nuisance à celui d’importante source de biocarburant, simplement en y ajoutant un produit chimique d’usage courant, qui la convertit, jusqu’à un rendement de 80 %, en molécules précieuses pour les biocarburants et les matières plastiques. La méthode, brevetée, qui peut être utilisée à l’échelle industrielle, a été publiée dans la revue Science.
 
L’extraction de lignine avec formaldéhyde (à gauche) et sans formaldéhyde (à droite).
(Credit Alain Herzog, EPFL)
 
 
Un polymère complexe, mais pleine d’énergie
La lignine est un polymère extrêmement complexe, qui remplit la paroi rigide entourant chaque cellule des plantes. En fait, elle constitue près d’un tiers de la biomasse de la plante, et sa structure moléculaire lui confère une densité́ énergétique supérieure de 30 % à celle des sucres qui sont traditionnellement transformés en biocarburant.
Le problème est que la lignine est difficile à extraire et à transformer. La plupart des chercheurs ont échoué́ dans leurs tentatives pour la briser et la valoriser en carburant ou en produit chimique.
 
L’action du formaldéhyde
Une équipe internationale de chercheurs, conduite par Jeremy Luterbacher de l’EPFL, a réussi à casser la molécule de lignine en ajoutant du formaldéhyde au processus. Le formaldéhyde est un des produits chimiques les plus largement utilisés dans l’industrie, et sa production est simple et bon marché.
Les chercheurs ont découvert que le formaldéhyde stabilise la lignine et l’empêche de se dégrader, ce qui conduit à des rendements élevés d’éléments constitutifs, qui peuvent être utilisés pour produire des substituts de produits pétrochimiques. Ces rendements ont été́ de 3 à 7 fois plus élevés que ceux obtenus sans formaldéhyde.
 
Jeremy Luterbacher (à droite, avec deux membres de son équipe, examinent les résultats de leur expérience.
(Credit Alain Herzog, EPFL)
 
 
Passer à l’échelle supérieure
«Le procédé́ chimique est relativement simple; le vrai défi consiste à trouver des investisseurs pour une installation pilote, afin de démontrer la faisabilité», déclare Jeremy Luterbacher, qui a développé́ une méthode simple et économique d’extraction des sucres des plantes (publiée également dans Science). Le marché, dit-il, est compliqué pour l’énergie renouvelable, en grande partie par manque de soutien politique, ainsi qu’en raison de la volatilité des prix de l’énergie. Pour de telles plates-formes innovantes, les investisseurs sont réticents à s’engager dans un marché incertain, particulièrement si l’on prend en considération la concurrence de carburants fossiles bien établis.
 
Une technologie prometteuse
«La technologie paraît vraiment prometteuse», ajoute Jeremy Luterbacher. «Si nos responsables politiques envoyaient un message clair pour prendre nos distances avec les combustibles fossiles, les investisseurs s’en rendraient compte. Mais je pense que la Suisse est un excellent endroit pour commencer. Les Suisses ont été́ des soutiens sans faille aux énergies propres et pourraient contribuer à faire la démonstration de nouvelles technologies. Je suis donc très optimiste pour l’avenir», conclut-il.
Ce travail a été effectué avec la collaboration de l’Institut des sciences et ingénierie chimiques (ISIC) de l’EPFL, de l’université de Wisconsin-Madison, du Département américain de l’énergie et de l’université Purdue. Il a été́ financé par le Swiss Competence Center for Energy Research, le Fonds national suisse, l’EPFL et le Département américain de l’énergie. L’EPFL a déposé́ une demande de brevet sur la base de ce travail.
Une vidéo est disponible sous: https://youtu.be/jGiGredco9w
 
Référence
Li Shuai, Masoud Talebi Amiri, Ydna M. Questell-Santiago, Florent Héroguel, Yanding Li,Hoon Kim, Richard Meilan, Clint Chapple, John Ralph, Jeremy S. Luterbacher. Formaldehyde stabilization facilitates lignin monomer production during biomass depolymerization. Science, 21 octobre 2016. DOI: 10.1126/science.aaf7810
 
Prof. Jeremy Luterbacher
Laboratoire des procédés durables et catalytiques de l’EPFL
jeremy.luterbacher@epfl.ch
Tél. 021 69 33 114 / 021 69 39 891


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