Plus de sucre à partir du bois

Le bois, la paille ou l'herbe - tels sont déjà les ingrédients utilisés pour la production d'éthanol à partir de matières premières renouvelables. Ils sont considérés comme des alternatives judicieuses au ma?s et à la canne à sucre, à partir desquels on produit parfois du carburant à grande échelle, ce qui est toutefois contesté sur le plan éthique. La production d'éthanol à partir de biomasse végétale ligneuse présente des avantages économiques, écologiques et énergétiques, car elle permet de produire davantage d'énergie.

L'histoire a toutefois un hic. Le bois est certes composé en grande partie de sucres utilisables, liés sous forme d'élément de construction cellulose et d'accumulateur d'énergie hémicellulose. Mais il contient également jusqu'à 30 pour cent de lignine, qui réticule les éléments de construction de manière stable. La lignine est une grande molécule richement ramifiée qui confère au bois sa rigidité caractéristique et le protège de la dégradation (par les micro-organismes).

Cuire du bois avec de la vapeur d'eau

Pour pouvoir utiliser des plantes ligneuses pour la production de carburant, il faut d'abord dissoudre les entrelacs de lignine dans ces plantes à l'aide d'un prétraitement approprié. Thomas Pielhop, doctorant auprès de Philipp Rudolf von Rohr, professeur de génie des procédés, travaille sur un tel prétraitement pour le bois.

"La méthode de choix pour le prétraitement de la biomasse ligneuse est la vapeur d'eau", dit-il. "C'est le procédé le plus simple et le plus écologique que l'on puisse imaginer". Pour casser la structure et les liaisons de lignine du bois d'épicéa, le chercheur utilise littéralement de la vapeur : Il place de fins copeaux dans une chambre sous pression et y introduit de la vapeur d'eau à 220 degrés. Le bois est ainsi cuit pendant 20 minutes, ce qui rompt partiellement les liaisons de la lignine. Bien que la cellulose et la lignine ne se séparent pas complètement, les enzymes ajoutées ensuite parviennent à décomposer la cellulose.

Faire éclater la structure du bois

Pour que les enzymes aient une plus grande surface d'attaque, Pielhop abaisse brusquement la pression dans la chambre en ouvrant un clapet. Cela provoque une évaporation explosive de l'eau qui se condensait auparavant sur et surtout dans les copeaux de bois. Lorsque l'eau s'évapore, elle prend plus de 1000 fois plus de place. Les morceaux de bois sont littéralement explosés et sont encore décomposés pour la dégradation enzymatique.

La méthode a toutefois un inconvénient : les fragments de lignine qui se sont formés ont tendance à pêcher immédiatement un autre fragment de lignine comme nouveau partenaire de liaison. Les fragments de molécules peuvent se réticuler à tel point qu'il n'est pratiquement plus possible d'extraire du sucre de la biomasse qui en résulte.

Pour éviter l'agglutination, Pielhop ajoute à la vapeur d'eau une substance qui "capture" les fragments de lignine réactifs. Les chimistes appellent de telles substances des scavengers, c'est-à-dire des capteurs de radicaux. Concrètement, le scientifique de l'ETH a utilisé du 2-naphtol, un composé peu co?teux présent dans les cendres de charbon des centrales électriques. Il remplit les exigences d'un scavenger : il ne réagit qu'une seule fois et a une affinité pour les fragments de lignine.Le prétraitement augmente le rendement en sucre

Les premiers essais ont montré à Pielhop qu'il était sur la bonne voie : gr?ce au prétraitement, l'efficacité des enzymes a augmenté et le rendement en sucre a doublé par rapport au prétraitement à la vapeur sans ajout de naphtol. "Gr?ce à ce prétraitement, nous pouvons rendre presque 100 pour cent du sucre contenu dans le bois d'épicéa disponible pour la production d'éthanol. C'est extraordinaire", souligne l'ingénieur chimiste.

Pielhop a d'abord développé et testé son procédé sur du bois d'épicéa dans un petit réacteur de laboratoire ainsi que dans une installation pilote plus grande, un "Steam Gun". Michael Studer, un ancien collaborateur du groupe Rudolf von Rohr, a con?u cette installation. Aujourd'hui, le "Steam Gun" se trouve à la haute école spécialisée bernoise. Ces tests se sont révélés prometteurs. Par l'intermédiaire du service de transfert de technologie de l'ETH Zurich, ETH transfer, les chercheurs ont donc fait breveter le procédé.

Le chercheur n'est pas encore tout à fait satisfait du fait qu'il utilise une matière première fossile, le 2-naphtol, comme capteur de radicaux. Il est actuellement à la recherche d'un scavenger issu de matières premières renouvelables, explique Pielhop. Mais la condition préalable à un succès commercial est que celui-ci soit bon marché et facilement disponible.

Mise en ?uvre aux ?tats-Unis et en Scandinavie ?

Le procédé de prétraitement de Pielhop devrait surtout susciter l'intérêt aux ?tats-Unis et en Scandinavie. Là-bas, on étudie déjà avec zèle la manière de transformer le bois en éthanol. Une installation pilote traitant des plantes ligneuses se trouve en outre près de Milan. Outre la paille de blé et de riz, on y traite également le roseau géant (Arundo donax). Celui-ci est cultivé spécialement pour la production d'éthanol sur les surfaces que l'agriculture ne peut (plus) utiliser. Or, le roseau géant s'est avéré être une plante invasive aux Etats-Unis, qui évince les plantes indigènes.