Projet ANR-14-CE05-0039 – LIGNAROCAT : Procédé de conversion catalytique de la lignine vers les aromatiques
Programme : Transformations et inter-conversions énergétiques (DS0203) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Dorothée LAURENTI (Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; TRTF Total Research and Technology Feluy
Montant : 469029.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : De nos jours, l’utilisation de bio-ressources pour remplacer partiellement les ressources fossiles est fortement encouragée compte tenu des préoccupations environnementales et du besoin d’indépendance énergétique. La lignine, qui est l’une des composantes principales de la biomasse lignocellulosique, s’avère être de par sa structure, un précurseur de choix pour la production d’aromatiques. Elle est actuellement obtenue en tant que sous-produit dans l’industrie papetière mais seulement valorisée pour la production de chaleur et la co-génération d’énergie électrique. Une meilleure valorisation de ce produit est donc une opportunité à développer. Par ailleurs, dans un contexte de développement des bio-raffineries, des quantités conséquentes de lignine sont attendues comme sous produit de la production de l’éthanol cellulosique, ce qui constitue un intérêt supplémentaire pour trouver de nouvelles voies de valorisation. Selon le prétraitement utilisé et l’origine de la lignine, la structure et les propriétés physico-chimiques peuvent varier fortement, suggérant la mise en place d’un procédé flexible et adaptable à la ressource. Lors de travaux antérieurs, la conversion d’une lignine de blé a été réalisée avec succès, dans un réacteur agité fermé en présence d’un catalyseur d’hydrotraitement sous pression d’hydrogène. D’excellents bilans massiques (>96%pds) et un rendement élevé en liquide (>72%pds) ont été obtenus. Des outils analytiques (CES, RMN, GCxGC) ont été spécifiquement développés pour suivre les réactions en jeu dans le processus de conversion de la lignine et pour caractériser les différentes fractions obtenues. La fraction liquide est un mélange complexe d’alcanes, de composés phénoliques, aromatiques, et naphténiques. L’utilisation d’un solvant donneur d’hydrogène, la tétraline, semble nécessaire pour éviter les réactions de condensation et la production de résidus solides. Toutefois, la compréhension des phénomènes liés à la conversion de la lignine n’a pas pu être clairement établie, notamment la contribution purement physico-chimique de la dissolution de la lignine, initialement insoluble à froid dans le solvant réactionnel, les réactions homogènes (thermolyse, solvolyse) et catalytiques, ou encore le transfert de matière. De plus, nous savons que la nature du catalyseur n’exerce pas d’influence importante sur la conversion mais, par contre, a un fort impact sur la sélectivité. Les objectifs principaux de ce projet sont donc de développer des méthodologies expérimentales et de comprendre les phénomènes mis en jeu afin de proposer un procédé flexible d’hydroconversion de différents types de lignines utilisant des catalyseurs hétérogènes sélectifs pour la production de composés aromatiques de type BTX. Dans ce but, les conversions de lignines co-produites dans l’industrie seront étudiées en complément de la lignine de blé précédemment étudiée. La méthodologie appliquée comprendra un criblage de catalyseurs en réacteur fermé agité sous pression d’H2, une évolution de ce réacteur vers un système ouvert pour la phase gaz. L’étude de criblage se basera sur l’expertise acquise sur un ensemble de catalyseurs étudiés lors de la conversion de composés modèles. En parallèle, une étude de la solubilité de différentes lignines, à température plus ou moins modérée, couplée à une modélisation cinétique et du transfert de matière, nous permettra d’établir et de différencier les étapes importantes de la conversion en fonction de la nature du solvant et de la température. La technologie sera transférée en vue de la conception d’un procédé continu pour se rapprocher d’un procédé industriel. Le consortium est constitué de chercheurs académiques spécialisés dans les domaines de la catalyse hétérogène, l’hydrotraitement, la modélisation cinétique de charges complexes et le génie des procédés et d’un partenaire industriel qui permettra de répondre aux exigences industrielles dans ce domaine de recherche particulièrement compétitif.