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Mise en place d'une unité pilote de converstion de sucres hémicellulosiques à 5 carbones en furfural selon une approche biphasique novatrice

Le prix actuel du pétrole (44,10 USD/baril-sept 2016) et du gaz naturel (2,47 USD/GJ-sept 2016) a freiné significativement l'avancement des bioraffineries de seconde génération au courant des derniers mois. En effet, la disponibilité et les coûts plus qu'avantageux des carburants fossiles rendent difficile la mise à l'échelle de nouvelles technologies exploratoires dites de seconde génération qui mèneront à la production de biocarburants. Le prix de la biomasse lignocellulosique (typiquement 60-80 USD par tonne, sèche de résidus forestiers et agricoles) combiné au faible prix du marché de l'éthanol (1,46 USD/Gal) requièrent une utilisation complète et optimale des fractions non-cellulosiques de la biomasse (hémicellulose, lignine et extractibles) afin ultimement de générer plus de revenus par tonne de matériel qui servira d'intrant pour d'éventuelles bioraffineries. Ce projet touche de façon plus spécifique les hémicelluloses qui composent typiquement de 15 à 35 % de la biomasse lignocellulosique. La macromolécule d'hémicellulose, à l'image de la cellulose est composée de glucides, toutefois en contraste par rapport à la fibre cellulosique, les hémicelluloses adoptent une forme ramifiée en plus d'être composées non seulement de glucides à 6 carbones mais également de glucides à 5 carbones tel le xylose. Dans un concept de bioraffinerie, les sucres à 6 carbones provenant des hémicelluloses pourraient en principe être fermentés de concert avec les sucres provenant de l'hydrolyse de la cellulose (essentiellement du glucose) mais les sucres à 5 carbones ne peuvent pas être fermentés par des levures classiques. L'utilisation de différents micro-organismes est bien entendu une option à considérer tandis qu'une autre approche consisterait à faire une conversion chimique des sucres à 5 carbones via la voie bien connue de la synthèse du furfural.

Au cours des 5 dernières années, le Pr Lavoie et son équipe ont développé une technologie permettant la conversion à hauts rendements des sucres à 5 carbones des hémicelluloses de la biomasse en furfural. Cette approche, du nom de P-fuel et P-chems (de l'anglais pentosan-derived fuels et chemicals) vise ultimement la valorisation des sucres à 5 carbones en furfural, puis, dans une seconde étape, la production de méthyltétrahydrofurane, un solvant industriel mais également un additif oxygéné pour le carburant. La technologie développée par l'équipe du Pr Lavoie passe par l'utilisation d'un système biphasique qui permet de trapper le furfural dans un milieu organique au fur et à mesure que ce dernier est produit, évitant une polymérisation des molécules de furfural entre elles ou la formation de liaisons entre les molécules de furfural et d'autres sucres (humines). Le prototype qui sera construit a une capacité de 10 000 L de furfural par année (soit 1,25 L de furfural par heure) et sera assemblé en fonction des travaux préliminaires effectués par l'équipe sur des systèmes batch et continu de type plug flow.

Jean-Michel Lavoie

Professeur
Université de Sherbrooke (UdeS)

Contribution du CRIBIQ

369 580 $


Partenaires

Industriels participants :

Enerkem

CRB Innovations

Éthanol GreenField Québec Inc

IRPQ :

Université de Sherbrooke