De l’aspiration à la rentabilité : produire des produits biochimiques avec la bioraffinerie
23 Nov 2020
La bioraffinerie est un pilier clé de la bioéconomie grandissante, qui englobe l’ensemble des activités de transformation de la biomasse en divers produits et composants biosourcés à destination de secteurs variés et notamment de l’industrie chimique. En exploitant les ressources renouvelables, l’industrie, y compris le segment grandissant des produits chimiques biosourcés, abaisse son empreinte CO2 en développant des innovations qui réduisent l’utilisation des matières premières fossiles.
Grâce au bioraffinage, la biomasse se transforme en produits et composants de valeur, qui sont aujourd’hui largement utilisés dans les industries alimentaires humaine et animale, des bioénergies et chimiques. Les matières premières les plus courantes dont la biomasse est dérivées sont les suivantes :
- les végétaux ;
- les microorganismes ;
- les déchets organiques ;
- les champignons.
Étant donné que ces matières premières ont la capacité de se régénérer, elles se renouvellent relativement rapidement et entrent donc en général dans la catégorie des ressources renouvelables. Les matières premières dites de première génération incluent les sucres et les huiles végétales issues de cultures comme la canne à sucre, le maïs ou le colza (par ex., les graines de colza). L’utilisation de ces ressources à des fins non alimentaires fait cependant l’objet de nombreux débats. Pour cette raison, les fabricants subissent des pressions croissantes pour privilégier les matières premières de deuxième génération, comme les flux de déchets de la production alimentaire, l’industrie du bois, la biomasse lignocellulosique ou les cultures ligneuses, ou encore les cultures énergétiques non alimentaires cultivées sur des terres marginales impropres à la production alimentaire.
Le procédé de la bioraffinerie
Le procédé de bioraffinage comprend les phases amont et de pré-traitement, une étape de fermentation et les procédés aval permettant d’isoler mécaniquement ou thermiquement des huiles, des graisses, de la lignocellulose, des protéines, des amidons et des sucres, pour les utiliser dans des aliments humains et animaux, des biocarburants, des bioplastiques et en tant que synthons (briques moléculaires de base) pour les produits chimiques et biochimiques. Pour produire des synthons chimiques, il faut fractionner les matières premières en produits intermédiaires (glucides, diverses protéines ou triglycérides, par exemple), qui sont ensuite convertis en produits de chimie fine et conventionnelle biosourcés à valeur ajoutée.
La bioraffinerie est la transformation de la biomasse et des agroressources pour isoler des composants et des produits chimiques clés qui sont utilisés dans diverses industries. Elle réduit l’empreinte CO<sub>2</sub> des entreprises et leur dépendance aux matières premières fossiles.
La bioéconomie : Où en sommes-nous ?
De par le passé, la bioéconomie était pratiquement exclusivement vue comme une pratique exemplaire et une aspiration pour le secteur agricole. Aujourd’hui cependant, son importance est appréhendée de manière plus holistique et il est désormais clair au plus grand nombre qu’une économie basée sur l’utilisation durable des ressources biologiques renouvelables, déchets inclus, est une stratégie nécessaire pour tous les secteurs. L’industrie, avec ses nombreuses applications, subit par conséquent des pressions extrêmes pour améliorer la durabilité de ses procédés et les produits qu’elle crée pour les marchés grand public et B2B. Par conséquent, la bioraffinerie, qui inclut la production de produits chimiques biosourcés à partir de ressources renouvelables, joue un rôle important.
Traditionnellement, presque tous les produits chimiques de base sont produits à partir de pétrole brut ou de combustibles fossiles liquides, pour former les synthons utilisés pour la fabrication de plastiques, de colorants, d’engrais et de nombreux autres types de produits dont nous sommes dépendants depuis des décennies. Renforcer la mise en place de la bioéconomie au travers de produits chimiques biosourcés ou de « technologies blanches » requiert un effort entrepreneurial et des investissements, qui sont fortement impactés par le prix bas du brut. Cette tendance crée des barrières au développement de modèles pouvant changer d’échelle pour l’utilisation des matières premières renouvelable, ce qui a des conséquences sur les prix et la compétitivité. De manière similaire, de nombreux investisseurs exigent des études de faisabilité ainsi que des démonstrations à l’échelle industrielle qui prouvent la capacité de montée en échelle (ou scale-up en anglais) d’un projet.
Sans compter que les réglementations, certes précieuses et essentielles pour protéger les consommateurs, en particulier quand les aliments et les ingrédients concernés sont nouveaux, peuvent rendre difficile et coûteuse l’obtention des autorisations gouvernementales nécessaires. Résultat, la bioéconomie dépend encore en grande partie de subventions ou reste sous-développée. Et même si la recherche et le développement se sont accélérés dans l’industrie chimique au cours des 10 à 15 dernières années, la production de produits chimiques de base et de plateforme à partir de matières premières renouvelables n’en est pas moins restée peu concurrentielle.
Ceci dit, l’industrie biochimique a trouvé des manières de surmonter certains de ces défis en formant des entreprises concentrées sur des chaînes de valeur sélectionnées, en allant occuper des niches dans le secteur des cosmétiques ou des produits chimiques et des adhésifs spéciaux ou encore en développant des synthons pouvant être vendus pour être utilisés dans d’autres produits. De manière générale, remplacer les produits pétrochimiques par des matières premières renouvelables est devenu rentable quand cela permet de fabriquer des produits qui ont une plus grande valeur économique.
La croissance impressionnante enregistrée dans ce secteur est liée à plusieurs tendances-clés :
- La plus grande attention des leaders industriels à la réduction des émissions de gaz à effet de serre qui se traduit par la mise en place de modèles d’économie circulaire utilisant des matières premières neutres en CO2
- La viabilité commerciale accrue des produits chimiques biosourcés, dont certains offrent des fonctionnalités supplémentaires ou de meilleures performances que leurs homologues à base de ressources fossiles
- Une majeure indépendance économique vis-à-vis des pays producteurs de pétrole traditionnels et du prix du pétrole, combinée à une tendance marquée en faveur d’une « énergie verte »
Références dans le domaine de la bioraffinerie et contribution à la bioéconomie de GEA
Les solutions de GEA et son expérience dans le domaine de la bioraffinerie couvrent pratiquement tous les types de ressources renouvelables et d’applications industrielles, y compris la production efficace de biocarburants et le traitement des drêches, les biopolymères et les bioplastiques, ainsi que les composants et les ingrédients pour les industries alimentaires humaine et animale. Nous avons noué des partenariats avec des clients et divers consortiums pour établir et tester des modèles de bioraffinerie pour : produire des acides à partir de matières premières renouvelables pour les utiliser comme synthons pour les bioplastiques, par exemple ; exploiter les micro-algues pour fabriquer des biopesticides et des aliments pour animaux ; produire du caoutchouc extrait du pissenlit, de protéines d’insectes et de flux de déchets de la production alimentaire, et bien plus encore. Nos clients porteurs de projets peuvent s’appuyer sur le réseau de GEA de centres d’essais, de laboratoires et d’installations pilotes, et leurs équipes qualifiées, qui sauront les accompagner dans leur progression jusqu’aux essais industriels.
Les compétences et les solutions de GEA pour l’industrie chimique biosourcée couvrent les aspects de la fermentation ainsi que les procédés-clés en aval, à savoir :
- la séparation de la biomasse par centrifugation ou filtration membranaire ;
- l’isolation et la purification par distillation, cristallisation par fusion ou filtration membranaire ;
- la concentration par évaporation ;
- la cristallisation et le séchage du produit fini ;
- la concentration et le séchage des coproduits.
GEA fournit actuellement des décanteurs, séparateurs, évaporateurs et sécheurs à lit fluidisé pour les installations de bioraffinerie de plusieurs partenaires industriels clés, pour la fabrication des produits biochimiques de la prochaine génération. Les matières brutes nécessaires à cette production verte proviennent principalement de bois massifs de forêts exploitées en gestion durable, de déchets de bois, d’éclaircissages, de bois de hêtres industriels (qui sont généralement incinérés) et de résidus des scieries régionales. GEA aide également les clients à produire de la bioénergie et des biocarburants à partir de sucres industriels et de flux secondaires de résidus.
En 2019, GEA a accompagné un leader norvégien des produits biochimiques qui a créé une nouvelle usine de production de lignine, un biopolymère organique que l’on trouve dans les plantes herbacées, les plantes ligneuses et certaines algues. La lignine et les lignosulfonates sont utilisées dans les adjuvants pour matériaux cimentaires, les engrais, les liants industriels, les produits pétrolifères et toute une gamme d’autres applications. La nouvelle installation de séchage par atomisation clé en main soutient les procédés en aval. Elle comprend un nouveau silo pour l’alimentation du système de conditionnement en matériaux en poudre stockés et un grand dépoussiéreur par voie humide pour l’élimination de la poussière. La technologie pointue des dépoussiéreurs de GEA permet de récupérer des substances de valeur tandis que le liquide de lavage revient dans le sécheur-atomiseur où il est utilisé pour l’eau de process, ce qui augmente le rendement total et réduit la consommation d’eau douce.
Une entreprise de biotechnologie française, start-up à ses débuts, est actuellement en train de passer à la production industrielle avec GEA. Elle nous a choisis pour les capacités de notre centre d’essai, notre grande expérience et notre réputation de fiabilité, nous les aidons à transformer les déchets de la production de betteraves à sucre pour fabriquer une gamme de nouvelles molécules à forte valeur ajoutée grâce à un procédé de fermentation breveté. Ces acides formeront les synthons utilisés dans la fabrication de produits chimiques dans les industries alimentaire, cosmétique, chimique et agronomique. La nouvelle installation de concentration et de distillation de GEA, spécialement conçue pour des produits fermentés à base de cellulose, entrera en service en 2021.
