Brevet FR3127229A1 — publié le 20230324

La présente invention concerne un procédé de production d’esters d’acides gras volatils (AGV) en utilisant lesdits esters d’acides gras volatils comme solvant d’extraction et utilisation desdits esters obtenus comme biocarburants pour les moteurs à essence ou pour les moteurs Diesel ou comme biocombustible pour les chaudières. Procédé de production d’esters d’acides gras volatils, lesdits esters étant utilisés comme solvant d’extraction L’invention concerne un procédé de production d’esters d’acides gras volatils (AGV) en utilisant lesdits esters d’acides gras volatils comme solvant d’extraction et utilisation desdits esters obtenus comme biocarburants pour les moteurs à essence ou pour les moteurs Diesel ou comme biocombustible pour les chaudières. Etat de l’art Les acides gras volatils (AGV) de longueur de chaine de carbone principalement comprise entre 2 et 6 tels que l’acide acétique C2, l’acide propionique C3, l’acide butyrique C4, l’acide valérique ou pentanoïque C5, l’acide caproïque ou hexanoïque C6, sont déjà connus pour être produits à partir de biomasse par fermentation anaérobie. Lesdits acides gras volatils peuvent ensuite être estérifiés par un alcool tel que méthanol, l’éthanol, le butanol ou le glycérol, permettant d’obtenir des esters d’AGV pouvant notamment être utilisés comme biocarburants dans les moteurs à essence ou pour certains d’entre eux (triacétine, tributyrine par exemple) dans les moteurs Diesel ou comme biocombustible pour les chaudières. Ainsi, il est connu de l’art antérieur des procédés de production d’esters d’acides gras volatils tels que le procédé décrit ci-après. Ainsi, un procédé global de production d’esters d’acides gras volatils comprend généralement les étapes suivantes : pré-traitement de la biomasse (par broyage, ajout d’acides, de bases ou d’enzymes), fermentation anaérobie par des bactéries permettant la production des acides gras volatils (par réglage de la dilution, du pH, des temps de rétention hydraulique, …), séparation solide-liquide (par centrifugation, ou membranes, …) pour séparer la phase aqueuse des résidus solides, éventuellement utilisés comme fertilisants, séparation liquide-liquide ou par stripping des acides gras volatils dans un solvant pour extraire lesdits acides du moût de fermentation, estérification des acides gras volatils par un alcool (par catalyse homogène à l’acide sulfurique ou avec un autre catalyseur ou par catalyse hétérogène ou par catalyse enzymatique), séparation des esters obtenus du solvant (généralement par une distillation qui est un procédé complexe et coûteux lorsqu’il y a plusieurs acides et plusieurs esters différents), purification finale des produits pour l’éliminer l’eau et d’autres impuretés résiduelles (par tamis moléculaires, résines échangeuses d’ions, charbon actif, membranes, …). Toutefois, le prix de revient de ces biocarburants est souvent grevé par les coûts d’extraction de ces acides gras volatils du moût de fermentation et par les coûts de purification des produits (généralement par une distillation complexe avec plusieurs colonnes de distillation, en particulier pour séparer les AGV du solvant). Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de production d’AGV permettant de s’affranchir de certaines sous-étapes couteuses et complexes du procédé, en particulier dans les étapes d’extraction des AGV du mout de fermentation et de purification des AGV. Pour répondre à ce besoin, l’invention vise à utiliser tout ou partie du mélange d’esters d’acides gras volatils produit par le procédé selon l’invention ou par un autre procédé bien connu de l’homme du métier pour produire des esters d’AGV, comme solvant d’extraction, puis à estérifier les AGVs au sein de ce solvant lui-même. Ledit solvant d’extraction étant, soit le mélange d’esters d’acides gras volatils obtenus par le procédé selon l’invention, soit une partie de celui-ci obtenue par une distillation simple. Avantageusement, le procédé de production d’esters d’AGV est un procédé continu, dans lequel les esters d’AGV produits sont réintroduits comme solvant d’extraction lors d’une étape de séparation liquide-liquide. Selon une variante, le solvant d’extraction peut être une solution commerciale d’esters d’AGV. Il en résulte que le mélange d’esters d’AGV ainsi obtenu par la procédé selon l’invention ne nécessite aucune étape complexe de séparation desdits esters du solvant tel qu’une étape de distillation à plusieurs colonnes. Ainsi, l’invention concerne un procédé de production d’esters d’AGV comprenant les étapes suivante : pré-traitement de la biomasse, fermentation anaérobie par des bactéries permettant la production des acides gras volatils, optionnellement, séparation solide-liquide pour séparer la phase aqueuse des résidus solides, séparation liquide-liquide ou par stripping des AGV dans un solvant d’extraction pour extraire lesdits AGV du moût de fermentation obtenu à l’étape b., ledit solvant d’extraction étant un mélange d’ester d’AGV. estérification des acides gras volatils par un alcool dans le solvant d’extraction ou après séparation des AGV du solvant d’extraction. Préférentiellement le procédé comprend les étapes suivantes : pré-traitement de la biomasse (par broyage, ajout d’acides, de bases ou d’enzymes), fermentation anaérobie par des bactéries permettant la production des acides gras volatils (par réglage de la dilution, du pH, des temps de rétention hydraulique, …), optionnellement, séparation solide-liquide (par centrifugation, ou membranes, …) pour séparer la phase aqueuse des résidus solides, éventuellement utilisés comme fertilisants, séparation liquide-liquide ou au stripping des AGV dans un solvant d’extraction pour extraire lesdits AGV du moût de fermentation, ledit solvant d’extraction étant un mélange d’ester d’AGV. estérification des acides gras volatils par un alcool dans le solvant d’extraction (par catalyse homogène à l’acide sulfurique ou avec un autre catalyseur ou par catalyse hétérogène ou par catalyse enzymatique). Préférentiellement, le solvant d’extraction de l’étape d. est un mélange d’esters d’AGV obtenus à la fin de l’étape e. ou une partie de celui-ci et/ou une solution commerciale comprenant un mélange d’ester d’AGV. A titre d’exemple, le mélange d’esters d’acides gras volatils est un mélange d’esters d’acides allant de l’acide acétique C2 à l’acide caproïque C6 (C2 à C6) ou de l’acide propionique C3 à l’acide caproïque C6 (C3 à C6) ou de l’acide butyrique C4 à l’acide caproïque C6 (C4 à C6). Le procédé peut également comprendre une étape supplémentaire menée après l’étape e. ou simultanément à l’étape e., de séchage du mélange esters d’AGV/alcool afin de pouvoir utiliser celui-ci comme carburant. Une telle étape est préférentiellement réalisée par le passage de la solution réactive (c’est-à-dire du mélange en cours d’estérification comprenant les AGV, les esters d’AGV, les alcools et un peu d’eau) dans des tamis moléculaires en même temps que l’estérification se poursuit. Préférentiellement, cette étape a pour avantage de déplacer l’équilibre de la réaction d’estérification ce qui permet d’augmenter de manière forte et surprenante le rendement d’estérification et donc de réduire le cout de revient de ces biocarburants. Enfin, l’invention vise également l’utilisation de ces esters d’AGV comme biocarburants pour les moteurs à essence ou pour les moteurs Diesel ou comme biocombustible pour les chaudières. D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée de l’invention et des exemples qui vont suivre. Procédé de production d’esters d’acides gras volatils (AGV) comprenant les étapes suivante : pré-traitement de la biomasse, fermentation anaérobie par des bactéries permettant la production des acides gras volatils, optionnellement, séparation solide-liquide pour séparer la phase aqueuse des résidus solides, séparation liquide-liquide ou par stripping des AGV dans un solvant d’extraction pour extraire lesdits AGV du moût de fermentation obtenu à l’étape b., ledit solvant d’extraction étant un mélange d’esters d’AGV. estérification des acides gras volatils par un alcool dans le solvant d’extraction. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le solvant d’extraction est, soit le mélange d’ester d’AGV obtenu à la fin de l’étape e, soit une partie dudit mélange. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la biomasse comprend des résidus ou effluents organiques, des sous-produits industriels, des sous-produits agricoles ou des plantes énergétiques récoltées en plante entière Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange d’esters d’AGV obtenu à la fin de l’étape e. est distillé pour éliminer les esters les plus courts choisis tels que les esters acétiques et/ou les esters propioniques en vue d’être utilisé comme solvant d’extraction dans l’étape d. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape d’estérification comprend l’ajout d’un catalyseur d’estérification chimique homogène ou hétérogène ou un catalyseur enzymatique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape supplémentaire de séchage des esters d’AGV et éventuellement de l’alcool après l’étape e. ou simultanément à l’étape e., par des tamis moléculaires. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’alcool est choisi parmi le méthanol, l’éthanol, le propanol, l’iso-propanol et le butanol. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’alcool est le glycérol Procédé selon l’une des revendication 1 à 5, dans lequel l’alcool est le glycérol, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de trans-estérification des mélanges d’esters d’AGV obtenus par du glycérol. Utilisation des mélanges d’esters d’AGV et éventuellement d’alcool obtenus par le procédé selon l’une des revendications 1 à 7 comme biocarburants pour les moteurs à essence. Utilisation des mélanges d’esters d’AGV et éventuellement de glycérol obtenus par le procédé selon l’une des revendications 8 ou 9 comme biocarburants pour moteurs Diesel ou biocombustibles pour chaudières.