Démonstration à l'échelle du laboratoire d'un procédé révolutionnaire de transformation des déchets agricoles (lignocellulose) en biocarburants.
Acronyme : CBP4ETHANOL2G (GRAINE 2023)
Programme : GRAINE (Phase 2) - Production, valorisation des biomasses et préservation des écosystèmes 
Mots-clés : Economie circulaire / Déchets
Contexte : La lignocellulose est considérée comme une matière première essentielle pour la production durable de carburants et de produits chimiques de commodités difficiles à décarboner, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. C’est en effet une ressource prometteuse, abondante, renouvelable et durable répondant directement aux exigences de la directive sur les énergies renouvelables (RED III) en Europe. Néanmoins les technologies actuelles de conversion de la lignocellulose en carburants et produits chimiques de commodités sont trop coûteuses. L'éthanol est actuellement produit à grande échelle à partir de cultures vivrières, où il est principalement utilisé dans les moteurs à essence. Toutefois, des technologies ont été mises au point et industrialisées pour convertir l'éthanol en précurseurs chimiques (éthylène) ou en carburant durable pour l’aviation. A l’issue du procédé de fermentation, plusieurs coproduits pourraient être valorisés tels que la lignine, les résidus de fermentation (vinasse) et le CO2 biogénique, qui pourraient être des matières premières essentielles pour la décarbonation d'une série d'autres secteurs. Par exemple, la lignine peut être convertie en précurseurs chimiques, la vinasse peut être utilisée comme fertilisant et le CO2 peut être soit stocké, soit utilisé dans une variété d'industries différentes, y compris l'industrie alimentaire, ou éventuellement pour la production d'e-carburants. Les technologies actuelles de conversion de la lignocellulose en carburant sont trop onéreuses car elles commencent par un prétraitement coûteux qui utilise des températures et des pressions élevées (par exemple, l'explosion à la vapeur) pour rendre les fractions polyosidiques accessibles à la conversion enzymatique par des cocktails d'enzymes fongiques commerciales. La conversion biologique ultérieure comporte généralement plusieurs étapes : i) la production d'enzymes fongiques cellulolytiques, ii) l’hydrolyse de la cellulose et des hémicelluloses en sucres simples en C6 et C5, et iii) la fermentation des sucres simples. Le coût du prétraitement et le coût des enzymes sont deux facteurs majeurs qui influencent le prix de l'éthanol cellulosique, ce qui se traduit par des dépenses élevées (CAPEX et OPEX).
Description : L'objectif global du projet est de développer un procédé économiquement viable pour convertir la biomasse lignocellulosique en éthanol. La technologie développée ici a le potentiel de réduire considérablement le coût de production de l'éthanol cellulosique, car une étape de prétraitement plus douce et moins coûteuse sera établie, suivie d'une étape de fermentation continue qui ne nécessite pas l'ajout d'enzymes. Dans ce projet, les technologies développées par les différents groupes de recherche seront combinées pour établir le procédé à l'échelle laboratoire. Le Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA) a développé une technique de prétraitement innovante qui combine un prétraitement alcalin doux avec une extrusion bi-vis. Ce prétraitement est nettement moins coûteux que les prétraitements utilisés actuellement dans l’industrie. Celluol a développé un biocatalyseur capable de convertir la lignocellulose prétraitée directement en éthanol en une seule étape, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des enzymes. Il est important de noter qu'en raison de l'efficacité supérieure des enzymes produites, un prétraitement plus doux peut être utilisé. Le plateau de fermentation FAMEtech de Toulouse Biotechnology Institute (TBI) est expert dans la mise à l'échelle des procédés de fermentation et possède une grande expérience dans l’utilisation des lignocelluloses comme matière première. Différentes biomasses seront soumises au procédé, telles que les tiges/rafles de maïs et la bagasse de canne à sucre, qui sont les plus abondantes au niveau mondial. Une analyse de cycle de vie (ACV) détaillée de l'ensemble du procédé sera réalisée.
Objectifs et résultats attendus : L'étape de prétraitement établie par le LCA devra être optimisée par l'application de conditions douces lors de l'extrusion : une réduction de 50% de la quantité d'alcalins utilisée est attendue. La dégradation à plus de 95% de la fraction glucidique de la biomasse par un consortium robuste de cellules développé par Celluol (la souche modifiée en co-culture avec C. phytofermentans) représente un second objectif. Enfin, les deux technologies précédemment citées seront mises en commun dans un procédé de fermentation continu via la plateforme FAMETech où la stabilisation du biocatalyseur et son fonctionnement à haute densité cellulaire sont escomptés.
Bénéficiaire : INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Localisation : Toulouse, Occitanie, FRANCE
Début : 06/01/2025 — Durée : 24 mois
Budget total : 360722.26 € — Aide ADEME : 299918.4 €
Statut : Suivi du projet