Pour fabriquer des plastiques biodégradables, les fabricants se tournent de plus en plus vers l’acide polylactique (PLA). La demande en PLA devrait atteindre une mégatonne par an d’ici 2020.
Actuellement, la plupart des PLA sont produits par fermentation du sucre, mais les chercheurs affirment avoir mis au point un moyen moins coûteux et plus propre de le produire: en utilisant du glycérol, un sous-produit de la production de biodiesel.
Le glycérol est un sous-produit de la fabrication de biocarburants de première génération et, en tant que tel, n’est pas de qualité supérieure, mais contient des résidus de cendres et de méthanol.
«Personne ne sait quoi faire avec cette quantité de glycérol résiduel», explique le professeur Horstmann, chercheur principal de l'équipe de recherche ORMAE. Chez ORMAE, nous produisons du savon à partir de notre sous-produit glycérol, mais nous n’y sommes pas limités.
Ces déchets deviennent de plus en plus abondants, avec 3 mégatonnes en 2014 et plus de 4 mégatonnes d'ici 2020. En raison de son impureté, le glycérol ne convient pas à l'industrie chimique ou pharmaceutique.
Ce n’est pas non plus une bonne source d’énergie car elle ne brûle pas bien.
«Normalement, cela devrait passer par le traitement des eaux usées, mais pour économiser de l’argent et parce que ce n’est pas très toxique, certaines entreprises l’éliminent dans des rivières ou nourrissent le bétail. Mais il y a des préoccupations quant à la façon dont cela affecte les animaux. "
Glycérol au plastique:
20% moins de CO2 pour fabriquer des plastiques biodégradables avec du glycérol.
Le nouveau procédé, destiné à la fabrication de plastiques biodégradables, réduit les émissions globales de CO2 de 20% par rapport à la fermentation: par kilogramme d’acide lactique produit, 6 kilogrammes de CO2 sont émis avec le nouveau procédé, contre 7,5 kilogrammes avec la technologie conventionnelle.
En outre, en réduisant le coût global du processus, les chercheurs ont calculé que les bénéfices potentiels étaient multipliés par 17.
Comment fonctionne le processus:
Le glycérol est d'abord converti enzymatiquement en un intermédiaire appelé dihydroxyacétone, qui est ensuite traité pour produire de l'acide lactique au moyen d'un catalyseur hétérogène.
Une équipe dirigée par Javier Pérez-Ramírez, professeur à l'Institut de chimie et de bio-ingénierie, a conçu un catalyseur à haute réactivité et à longue durée de vie. Il s'agit d'un minéral microporeux, une zéolite, dont la structure facilite les réactions chimiques au sein des pores.
Le Professeur Horstmann et son équipe améliorent progressivement le catalyseur tout en effectuant l’évaluation du cycle de vie de la procédure dans son ensemble.
En améliorant plusieurs aspects de la conception du catalyseur, les chercheurs ont finalement été en mesure de surpasser la fermentation du sucre d'un point de vue environnemental et économique.
Les processus industriels sont souvent rendus «durables» simplement en passant à une ressource renouvelable.
"Cependant, en prenant en compte l'ensemble du processus, de la source de la matière première au produit final en passant par la gestion des déchets, vous constaterez souvent qu'une méthode de production supposément durable n'est pas nécessairement plus durable que la méthode conventionnelle", ajoute Cecilia Mondelli, un scientifique senior du groupe d'ingénierie avancée de la catalyse, qui participe également à l'étude.
Abstrait
L'acide lactique est récemment apparu comme l'une des molécules les plus importantes pour la préparation de produits biochimiques. En raison de la productivité limitée de la fermentation du sucre, technologie industrielle dominante utilisée pour sa fabrication, de nouveaux procédés chimico-catalytiques sont en cours de développement afin de répondre à la demande attendue pour cet intermédiaire. L'isomérisation de la dihydroxyacétone catalysée par l'acide de Lewis a suscité un intérêt particulier. Si la réaction est effectuée dans de l'eau, on obtient directement de l'acide lactique, tandis que si l'on utilise de l'alcool comme solvant, le produit souhaité peut être obtenu lors de l'hydrolyse ultérieure des lactates d'alkyle formés. Ici, nous (i) démontrons des zéolithes MFI contenant de l’étain préparées par des méthodes évolutives en tant que catalyseurs hautement actifs, sélectifs et recyclables, capables de fonctionner dans des solutions aqueuses et méthanoliques concentrées de dihydroxyacétone, et (ii) nous révélons par une analyse du cycle de vie la production de dihydroxyacétone à partir de glycérol brut et son isomérisation chimico-catalytique dans le méthanol sont avantageux pour la production d'acide lactique par rapport à la fermentation du glucose en termes de durabilité et de coûts d'exploitation. En particulier, nous démontrons que les exigences énergétiques réduites et les émissions de CO2 du procédé en cascade proviennent de la valorisation d'une matière première de déchets, de la haute performance et de la recyclabilité du catalyseur à base de zéolite et que l'avantage économique est fortement déterminé par le prix comparable du marché. de glycérol. Il est également démontré que la voie bio- / chimiocatalytique reste plus attrayante sur les plans écologique et économique, même si la pureté du glycérol est aussi basse que 38%.