Brevet FR3163285A1 — publié le 20251219

L’invention concerne un modèle de transformation du marc de café (A) suivant deux procédés distincts soit par la méthanisation (C) en biogaz (D) et en digestat-fertilisant (E), soit/et, d’abord après séchage (K) en résidus du marc de café (L), utilisés pour la pelletisation-granulation (O) et/ou l’extraction avec CO2 supercritique (M) des composants bioactifs (N), ensuite par la pyrolyse (R) des granulés (P) en en biocharbon (S) et énergie électrique et thermique (T) Figures Modèle d’organisation et de regroupement de plusieurs étapes de traitement et recyclage du marc de café en ressources précieuses. Domaine technique de l’invention Ladite invention présente un modèle d’organisation de plusieurs étapes de transformation de marc de café, prévoyant à la fois la production et l’extraction d’actifs, de granulés, de fertilisant, de biocharbon, de biogaz, d’énergie thermique et électrique à base de marc de café et permettant à chaque étape de production, de réutiliser les composants obtenus – déchets compris – pour créer des matières valorisées de nouveau consommables. Arrière–plan technologique En France métropolitaine, les quantités de marc de café générées sont estimées à environ 450 000 tonnes chaque année. Ces quantités colossales de marc de café font très peu l’objet d’une valorisation et dans l’ensemble sont purement jetées ou parfois incinérées. En réalité, il s’agit là d’un déchet potentiellement toxique susceptible d’être dangereux pour la santé des populations. Jusqu’au maintenant la filière café réalisait parfaitement le modèle linaire de la production : EXTRAIRE, PRODUIRE, CONSOMMER et JETER. Le marc de café d’origine bars, machines à café, capsules ou de l’industrie du café instantané, était globalement considéré comme un simple déchet, sans particulière valeur commerciale destiné à être jeté ou composté. Il représente une source importante de déchets compte tenu de la consommation mondiale actuelle de café d’environ 140 Millions de sacs, 8 400 000 tonnes. Un kilo de café moulu génère 1,3 kg de marc de café. En moyenne le marc de café représente une augmentation de poids de 30% par rapport au café torréfié. La France a importé en 2022 environ 7 millions sacs de 60 kg soit 420 000 tonnes. On peut considérer que ces 420 000 tonnes de café ont généré en France un potentiel de marc de café qui peut être estimé à près de 546 000 tonnes. Ces quantités colossales de marc de café sont pour l’essentiel jetées en sites d'enfouissement. En effet, le marc de café est une matière organique exigeant de grandes quantités d'oxygène pour se dégrader. Non traité efficacement, en conséquence de la fermentation anaérobie, il devient source d’émission de gaz à effet de serre : CO2 et méthane. De plus, il contient de la caféine, des tanins, des polyphénols qui le rendent toxique pour l’environnement en cas de stockage dans un centre d'enfouissement. Le potentiel de réchauffement global de méthane est 25 fois plus élevé que celui du CO 2 . Il en résulte clairement que le traitement du marc de café représente un enjeu significatif en termes d’atténuation du réchauffement climatique d’une part et d’autre part du fait des émissions évitées par le recyclage et la valorisation. Le traitement et la valorisation efficace du marc de café pourraient contribuer considérablement à l’augmentation positive du bilan des émissions évitées en France, en Europe et partout dans le monde car le café, une boisson devenue universelle, est la première matière agricole échangée en valeur dans le monde avant le blé, le deuxième en valeur après le pétrole. Le recyclage du marc de café à l’échelle industrielle qui est la seule méthode de traitement efficace de ce déchet toxique n’existe pas aujourd’hui. A l’heure actuelle il n’existe pas de mod è le industriel, spécifique de traitement de marc de café, prévoyant à la fois la production et l’extraction d’actifs, de granulés, de biocharbon, de fertilisant, de biogaz, d’énergie thermique et électrique à base de marc de café et permettant à chaque étape de production, de réutiliser les composants obtenus – déchets compris – pour créer des matières valorisées de nouveau consommables. Présentation de l’invention La présente invention dans sa finalité a notamment pour but d’apporter une forte contribution à l’émergence de l’économie circulaire du café. Cette conception circulaire de l’exploitation de la ressource café s’oppose à l’exploitation non contrôlée qui prévaut jusqu’à présent. Le modèle circulaire génère en effet une réduction en cascade de la consommation des ressources naturelles, de la consommation d’énergie et donc des émissions de gaz à effet de serre. Elle propose à cet effet un modèle innovant d’organisation et de regroupement de plusieurs étapes de transformation de marc de café, prévoyant à la fois la production et l’extraction de principes actifs, de granulés, de biocharbon, de fertilisant, de biogaz, d’énergie thermique et électrique et permettant à chaque étape de production, de réutiliser les composants obtenus, pour créer des matières valorisées de nouveau consommables. Description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtrons plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lequel la FIG. 1 FIG. 1 présente le modèle de l’unité de traitement de marc de café selon l’invention présenté globalement et schématiquement La figure n 1 présente le modèle de l’organisation du traitement de marc de café, qui selon l’invention prévoit la division du marc de café réceptionné en deux parties traitées indépendamment. Durant le traitement, le marc de café subit des transformations physico-chimiques et à chaque stade acquiert des propriétés différentes. Conformément à l’invention, les composants obtenus à chaque étape peuvent être réutilisés pour l’étape suivante du traitement de transformation ou vendus sur différents marchés tels que cosmétique, pharmacie, énergie, agriculture, constructions ou autres. Ainsi, il est important de distinguer dès le début :le marc de café après la méthanisation (C) et le marc de café après le séchage (K), extractions (M), pelletisation (O), pyrolyse (R) La première solution de traitement : la méthanisation du marc de café (C) pour la production du biogaz et du digestat La production du biométhane issu du marc de café est une solution qui permet le traitement et la valorisation durable de cette matière organique en le transformant en énergie renouvelable – biogaz (D), le fertilisant des sols (E) et composants précieux – lignine (I). Sur le site de méthanisation (C), le marc de café collecté pour la production de biogaz est préparé pour alimenter le digesteur. Les entrants sont introduits dans le digesteur puis dans un post digesteur - enceintes fermes et privées d’oxygène ou ils sont brassés et chauffés pendant plusieurs jours pour permettre la production de biogaz (D). La méthanisation du marc de café (C) génère aussi un engrais naturel appelé digestat (E). C’est une matière organique reconnue pour ces propriétés agronomiques qui peut être ensuite utilisée (E.1) pour être répandue sur les terres agricoles en tant que substitut aux engrais synthétiques. Le digestat contient également de la matière organique non dégradée – lignine (I) qui grâce aux processus de l’extraction (G) peut être séparée de la biomasse végétale pour en obtenir des produits chimiques de qualité. Dans le processus de méthanisation, ce sont des bactéries qui transforment la matière en biogaz (D), principalement composé de méthane et de dioxyde de carbone. La phase d’épuration (F) permet de transformer le biogaz (D) en biométhane (H), après plusieurs étapes il est désulfuré, déshydraté et décarboné pour devenir biométhane. Après avoir été contrôlé par mesure de sécurité, le biométhane (H) est injecté (J) dans les réseaux de distribution de gaz (J.1) pour des usages tels que le chauffage, l’eau chaude, le carburant. Il peut également alimenter la structure de traitement du marc de café (Z). Il est tout á fait possible de produire par cogénération simultanément de la chaleur et de l’électricité au moyen d’un moteur alimenté avec le biométhane (F). La deuxième solution de traitement : la pyrolyse du marc de café et la production de granulés, du biocharbon, d’énergie et des principes actifs La transformation comporte 5 étapes successives. Soulignons qu’à chaque étape, on obtient ‘’un produit’’ qui est réutilisé dans l’étape suivante. Par exemple, les résidus du marc de café (L) après les extractions (M) et sans principes actifs (Ł) sont utilisés pour produire des granulés (P) et les granulés (P) pour produire du biocharbon (S). Tout d’abord le marc de café nécessite un séchage (K) pour contrôler et abaisser son humidité aux taux recommandés afin de tirer le meilleur rendement du processus de traitement. L’énergie nécessaire à cette étape est fournie entre autres (Z) par une partie du surplus libéré (T) au cours du processus de pyrolyse (R), générateur du biocharbon (S). Ensuite, les résidus du marc de café (L) après le séchage (K) sont facultativement utilisés pour en extraire par CO2 supercritique (M) des composants actifs (N). Le principe de l'extraction végétale utilisant le dioxyde de carbone supercritique permet d'extraire sélectivement les molécules selon leur nature chimique. Très faiblement polaire, le CO2 se révèle être un excellent solvant des molécules apolaires ou peu polaires dans les conditions supercritiques. Partant de ce principe, une fois le composé désiré dissous dans le milieu CO2, il sera aisé d'obtenir l'extrait pur par une simple dépressurisation qui entraîne alors la séparation du CO2 et de l’extrait. Après le séchage (L) et les événtuelles extractions par CO2 supercritique (Ł), les résidus du marc de café sont assemblés ou agglomérés afin de former des granulés (P) – des éléments de plus grandes dimensions. Ce processus est appelé la pelletisation ou granulation (O). Le marc de café a une consistance appropriée pour être converti en granulés permettant plusieurs applications. Les granulés (P) peuvent soit être utilisés (P.1) comme source d’énergie thermique soit être converti en biocharbon (S) par la pyrolyse (R). La production de biocharbon (S) - la pyrolyse (R) est basée sur le principe de la « dry carbonisation ». Si on chauffe un déchet en l’absence d’oxygène on crée une simple décomposition thermique du déchet sans processus réactionnels, soit d’oxydation, soit de gazéification. On parle alors de pyrolyse (R) du déchet dont les produits sont un mélange de gaz légers incondensables, d’hydrocarbures lourds et de coke-carbone fixe et d’inertes résiduels, leur proportion relative dépendant des conditions de traitement. Si ce déchet est chauffé lentement et/ou à basse température, la production de coke sera favorisée. A l’inverse, si on chauffe rapidement et/ou à haute température la production de gaz sera favorisée. Cela tient au fait qu’un chauffage rapide, à haute température, diminue la probabilité de réactions secondaires de re-combinaison des hydrocarbures légers en hydrocarbures plus lourds. Ainsi, en pyrolyse lente à basse température, le produit de la réaction de décomposition sera majoritairement solide (coke) et on pourra rebrûler les gaz de pyrolyse (goudrons et gaz) pour fournir l’énergie calorifique nécessaire à la décomposition du déchet. La pyrolyse (R) comporte quatre étapes principales: 1. La préparation des granulés (P), 2. La phase de pyrolyse (R ), 3. Le traitement des solides carbonés - biocharbon (S ), 4. La valorisation énergétique (T). Le processus de pyrolyse (R ) permet ainsi d’obtenir du biocharbon (S) qui peut être ensuite utilisé (S.1) en tant que fertilisant, amendeur de sols, en tant qu’adsorbant de substances polluantes dans le traitement de l’eau, de l’air et des sols, en tant qu’alternative au charbon de bois et au sable dans l’industrie de la construction dans divers mélanges tels que le béton, l’asphalte, en tant qu’ingrédient mélangé aux fibres, désodorisant dans l’industrie textile ou en tant qu’ingrédient dans l’industrie cosmétique et agroalimentaire. Le processus de pyrolyse (R) permet également d’obtenir de l’énergie électrique et thermique (T) qui est injecté (U) dans le réseau d’électricité (U.1). Elle peut également alimenter la structure de traitement du marc de café (Z). Le procédé de traitement du marc de café (A) est caractérisé en ce qu’à sa réception le marc de café (B) est traité et transformé suivant l’un au moins des deux procédés distincts et indépendants suivants: par la méthanisation (C) en biogaz (D) et en digestat-fertilisant (E), ou, d’abord après séchage (K) en résidus du marc de café (L), ensuite par l’extraction avec CO2 supercritique (M) et la pelletisation-granulation (O) en granulés (P) et les composants bioactifs (N), enfin par la pyrolyse (R) en biocharbon (S) et énergie électrique et thermique (T). Le procédé selon la revendication 1 est caractérisé en ce que les composants (D), (E), (L), (H), (Ł), (P), (T) obtenus à chaque étape de transformation (C), (K), (F), (M), (O), (R), sont réutilisés pour l’étape suivante du traitement de transformation. Le procédé selon les revendications 1 et 2 est caractérisé en ce que le biogaz (D) issus de la méthanisation du marc de café (C) est transformé (F) en biométhane et en énergie thermique ou électrique (H) et utilisé soit pour alimenter par injection (J) les réseaux électriques et gaziers soit pour satisfaire (Z) en énergie les besoins de la structure de traitement du marc de café (A). Le procédé selon les revendications 1 et 2 est caractérisé en ce que le digestat, ‘’fertilisant’’ (E) issus de la méthanisation du marc de café (C), est utilisé pour en extraire (G) la matière organique non dégradée tels que la lignine ou les matières minérales (I). Le procédé selon les revendications 1et 2 est caractérisé en ce que les résidus du marc de café (L) après le séchage (K) sont utilisés pour en extraire par CO2 supercritique (M), des principes actifs tels que les antioxydants (N), et après l’extraction des actifs, pour mise en forme des granulés (P) par la granulation (O). Le procédé selon les revendications 1et 2 est caractérisé en ce que les granulés de marc de café (P) issus de la granulation (O) sont utilisés pour être transformés par pyrolyse (R) en biocharbon (S) et énergie électrique et thermique (T) Le procédé selon les revendications 1et 2 est caractérisé en ce que l’énergie thermique ou électrique (T) produite pendant la pyrolyse (R) des granulés de marc de café (P) est utilisée soit pour alimenter par injection (U) les réseaux électriques soit pour satisfaire (Z) en énergie les besoins de la structure de traitement du marc de café (A).