Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût

la demande d'énergie de l'humanité Réunion est durablement l'un des plus grands défis que notre civilisation est confrontée. La consommation d'énergie devrait doubler dans les 50 prochaines années, en mettant plus de pression sur les ressources en combustibles fossiles. ¹ L'accumulation de gaz à effet (GES) dans l'atmosphère à travers répandue l' utilisation de combustibles fossiles est particulièrement problématique, que le CO ₂ généré par la combustion de combustibles fossiles est responsable de 50% de l'effet de serre anthropique. ² par conséquent, l' application à grande échelle de technologies neutres renouvelables et de carbone est essentielle pour répondre aux besoins énergétiques et matériels accrus des générations futures. ^{1, 3}

La biomasse végétale est la ressource renouvelable la plus polyvalent, car il peut être utilisé pour produire de la chaleur, l'électricité, ainsi que des produits chimiques, des matériaux et des combustibles à base de carbone. Les principaux avantages de la biomasse lignocellulosique par rapport aux autres types de biomasse sont son abondance, le potentiel de rendements élevés pezone r de terre et souvent beaucoup plus de CO ₂ économies d'émissions, qui comprend une forte rétention du carbone dans le sol. ^{4, 5} autres avantages de l' utilisation de la biomasse comprennent la disponibilité locale, faibles besoins en capitaux pour convertir la biomasse en énergie, et la prévention de l' érosion des sols. ⁸

Les principaux producteurs de matières premières lignocellulosiques sont l'industrie forestière et le secteur agricole, ainsi que la gestion des déchets municipaux. ⁶ production lignocellulose a le potentiel pour être étendu, avec un esprit de limiter la déforestation et à éviter le remplacement des cultures vivrières et des rejets de polluants potentiels. ⁷ pour la biomasse renouvelable pour devenir une source généralisée viable des carburants et des produits chimiques liquides pour le transport, le traitement doit devenir économiquement compétitive avec les technologies de conversion des combustibles fossiles. ^{9, 10} une clé pour y parvenir est d'augmenter le rendement et la qualité des produits intermédiaires dérivés de la biomasse tout en réduisant coût. </ P>

La lignocellulose contient une forte proportion de sucres qui peuvent être convertis en carburants et produits chimiques via des conversions catalytiques et microbiennes. ¹¹ Ces sucres sont présents dans la lignocellulose sous forme polymère que la cellulose et l' hémicellulose. Ils peuvent être hydrolyses en glucose et autres sucres monomères et ensuite utilisés pour la production de bioéthanol et d' autres produits chimiques bio-dérivés et les solvants. ¹²

Pour accéder aux sucres cellulosiques, le prétraitement de la biomasse est nécessaire grâce à des processus combinés physiques, chimiques, ou ^4. Le prétraitement est sans doute l'étape la plus coûteuse dans la valorisation de la biomasse lignocellulosique. D'où la recherche de procédés de prétraitement améliorés est impératif.

Diverses technologies de prétraitement sont disponibles. D'un intérêt particulier sont celles qui séparent la lignine de la cellulose (prétraitement fractionative). La lignine, la troisième composante majeurelignocellulose, limite l' accès des agents à la cellulose et de l' hémicellulose en hydrolysant et réduit le rendement en sucre par tonne de charge d' alimentation. ¹¹ La lignine séparée peut être utilisée comme une bioraffinerie intermédiaire supplémentaire , si elle est isolée dans la qualité appropriée. ¹³ Un procédé fractionative est le procédé Kraft qui est le prétraitement la plus courante pour la production du papier / cellulose. Dans le procédé kraft, les copeaux de bois sont placés dans un mélange d'hydroxyde de sodium et du sulfure de sodium et on chauffe à des températures élevées d'environ 170 ° C sous une pression élevée. ¹⁴ Les réactions alcalines éliminent l' hémicellulose et la lignine en brisant les polymères jusqu'à fragments courts par l' intermédiaire nucléophile et catalyse basique, et en dissolvant les fragments de lignine par l' intermédiaire de-protonation des groupes hydroxyle / alcool phénoliques. Un autre procédé de délignification commun est le processus Organosolv qui fragmente également et dissout la lignine et l'hémicellulose. Plutôt que d'utiliser un Aqueo alcalinSolution nous, les solvants organiques tels que l'éthanol et l'acide acétique sont utilisés à des températures élevées comprises entre 160 à 200 ° C et des pressions de 5 à 30 bars. Organosolv prétraitement a certains avantages par rapport à la pâte kraft en ce qu'il produit moins d' air et de la pollution de l' eau. ¹⁵ Les deux procédés possèdent des défis économiques, si elle est utilisée pour la production de produits chimiques et des carburants plutôt que de la cellulose. ¹⁶ Le prétraitement Ionosolv utilise des liquides ioniques, qui sont des sels qui ont des points de fusion inférieurs à 100 ° C et, en raison de leurs interactions coulombiennes puissants, des pressions de vapeur très faibles. ¹⁷ Ceci élimine la pollution de l' air dans le processus de pré – traitement, et permet le traitement au niveau ou près de la pression atmosphérique.

Alors que la plupart des ILs sont créés dans laborieuses, des synthèses multi-étapes, ILs protiques peuvent être synthétisés dans un procédé à une seule étape à partir de produits chimiques de base, ce qui les rend moins coûteux; on estime que certains ILs peuvent être produits à grande échelle en vrac pour uneprix de 1,24 $ par kg , ce qui est comparable aux solvants organiques courants tels que l' acétone et le toluène. ¹⁸ La capacité de recycler et de réutiliser ces ILs personnalisables dans un processus qui fonctionne à des températures relativement faibles et des pressions en fait une alternative plus bénigne et un candidat économiquement attrayante pour bioraffinage.

Ce protocole vidéo montre une version détaillée l' échelle du laboratoire du processus Ionosolv pour la délignification de la biomasse lignocellulosique et de la saccharification enzymatique éventuelle de la pâte de cellulose riche ainsi que la récupération d'une lignine sans odeur de haute pureté ^19.