OA21920A - Procédé de production de bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique. - Google Patents

Abstract

L’invention se rapporte à un procédé pour la production de bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique. Ce procédé comprend 4 étapes à savoir : le prétraitement ; l’hydrolyse ; la fermentation de l’éthanol et la récupération de l’éthanol. La température de prétraitement est comprise entre 160°C et 190°C, préférentiellement entre 170°C et 190°C avec un réactif choisi parmi la soude, l’acide sulfurique. Cette température de prétraitement est comprise entre 170°C et 215°C, préférentiellement entre 180°C et 200°C avec un solvant choisi parmi l’éthanol, le méthanol, le propanol, l’acétone, l’hexane. Enfin, la quantité de réactifs utilisés est de 4% à 12% en poids préférentiellement de 5% à 10% de la quantité de matière sèche.

Description

La présente invention concerne la production du bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique. La biomasse contient la cellulose, l’hémicellulose et la lignine ; la cellulose est une source de matières premières pour la production du bioéthanol des sous-produits de hautes valeurs ajoutées. Cette biomasse est une source de pollution de l’environnement avec des conséquences néfaste sur la santé de l’homme et le climat, la présente invention concerne un procédé de prétraitement et d’hydrolyse de la biomasse pour la production du bioéthanol.

La production du bioéthanol se fait en quatre étapes : le prétraitement ; 1 hydrolyse ; la fermentation et la récupération de l’éthanol. Le prétraitement vise à séparer et rendre accessible les constituants intimement liés et cristallisés de la BLC : lignine, hémicellulose et lignine. Par action thermique chimique et/ou biologique, la structure de la lignine est détruite ou séparé, l'hémicellulose est plus ou moins hydrolysée, et la structure de la cellulose est modifiée.

Du fait de la structure de la cellulose, de sa cristallinité et de son association avec la lignine et les hémicelluloses encore présente, même après l’étape de prétraitement, son hydrolyse en monomères fermentescibles (glucose) est une opération difficile qui peut être réalisée par hydrolyse enzymatique.

La solution de sucres fermentescibles obtenue est soumise à l’action des microorganismes pour une fermentation. Les bactéries, les levures et les champignons sont capables de produire de l’éthanol à travers la fermentation des sucres.

La récupération de l’éthanol se fait en deux étapes, la première étape de récupération de l’éthanol est la distillation. Cette opération de séparation basée sur la volatilité de l’alcool permet de passer d’une solution de 10°GL à une solution de 94°GL (degré Gay Lusac) d’éthanol. Or l’éthanol n’est pas le seul composé volatile dans le moût fermenté. 11 doit se retrouver dans la phase gazeuse avec d’autres composés gazeux tels que les acides gras, des alcools, des éthers et de l’eau. La phase gazeuse sera condensée et nécessitera une seconde distillation. La deuxième étape est la rectification : elle permet la séparation de l’éthanol des autres composés volatiles. Ces produits seront classés en deux catégories selon leur capacité à être distillé avant et après l’éthanol : les produite de têtes et les produite de queue. Elle consistera donc à une distillation fractionnée des produite contenus dans le condensât.

La présente invention concerne le procédé de production du bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique. La biomasse lignocellulosique en particulier les sciures de bois contiennent la cellulose ; en particulier la sciure de bois contient la cellulose, l’hémicellulose et la lignine, la cellulose est un polymère de glucose qui un grand potentiel pour la production du bioéthanol. L’utilisation de la sciure de bois pour la production du bioéthanol pour la production est limitée à cause de la structure récalcitrante (cellulose emprisonner par la lignine empêchant l’accès enzymes) et sa teneur élevé en lignine

D’après les brevets N° TNP/2018/000248, N° PCT/EP2017/081056, N° PCT/EP2009/050690 et PCT/EP2009/000920, on connaît les procédés qui permettent d’obtenir le bioéthanol à partir de certaines biomasses lignocellulosiques, notamment celles qui sont moins récalcitrantes dont ont une teneur faible en lignine (10% 0 20%). Le procédé de production de bioéthanol le plus souvent utilisé se déroule selon les étapes suivantes : le prétraitement, qui consiste à séparer la lignine de la cellulose et de l’hémicellulose pour que la cellulose et l’hémicellulose soient accessibles aux enzymes ; l’hydrolyse chimique ou enzymatique qui permet de découper la longue chaîne de glucose et de xylose que contiennent la cellulose et l’hémicellulose ; la fermentation qui permet d’obtenir l’alcool grâce aux levures, et la distillation qui permet d’obtenir le bioéthanol.

Le brevet N° TNP/2018/000248 utilise un prétraitement chimique ordinaire en combinant un réactif alcalin (la soude, 4% à 12% en poids de matière sèche) et un réactif acide (l’acide sulfurique, 30% à 60% du volume total), puis une hydrolyse enzymatique et une fermentation. Le brevet N° PCT/EP2017/081056 utilise un prétraitement chimique à l’acide formique en vue de la production du bîoéthanol. Le brevet PCT/EP2009/000920 utilise une enzyme de dîphospho sucre-épimérase (NDPSE) dans la production de bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique.

En ce qui concerne la production de l’éthanol avec la sciure de bois et autres biomasses ayant une teneur élevée en lignine, le prétraitement ordinaire et la combinaison des prétraitements en parallèle ne suffit pas. Une combinaison des deux méthodes de prétraitement en série permettra de délîgnîfier les biomasses ayant une forte teneur en lignine ((20% à 30%). Cet objectif est essentiellement atteint selon l’invention par un procédé pour la production de bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique. Un tel procédé comporte des étapes clés avec des réactifs et des solvants.

Le réactif utilisé selon l’invention peut être la soude, l’acide sulfurique, etc., et le solvant utilisé selon l’invention peut être l’éthanol, le méthanol, le propanol, l’acétone, l’hexane et d’autres solvants organiques. La quantité de réactif qu’on peut utiliser varie de 4% !

à 12% en poids favorablement de 5% à 10% de la quantité de matière sèche. La quantité de 65 solvant utilisé selon l’invention va de 30% à 60% en volume, favorablement 40% à 50% en volume de la quantité de volume total de solvant utilisé pour le prétraitement. Les quantités d’enzymes utilisées varient selon l’activité enzymatique et les levures utilisées entre 0,1% à 1% en poids du volume de fermentation.

Le prétraitement avec un réactif alcalin a lieu à une température de 160°C à 190°C, 70 avantageusement entre 170°C à 190°C. Dans le cas où la biomasse a beaucoup de particules de tailles supérieures à 2 millimètres, on effectue un broyage mécanique afin d’obtenir des particules de tailles inférieures à 2 millimètres. Le prétraitement avec solvant a lieu à une température variant entre 170°C à 215°C, avantageusement à 180°C à 200°C.

Du fait de la structure de la cellulose, de sa cristallinité et de son association avec la 75 lignine et les hémicelluloses encore présents, même après l’étape de prétraitement, son hydrolyse en monomères fermentescibles (glucose) est une opération difficile.

La solution de sucres fermentescibles obtenue est soumise à l’action des microorganismes pour une fermentation. Les bactéries, les levures et les champignons sont capables de produire de l’éthanol à travers la fermentation des sucres. Les souches 80 généralement utilisées pour la fermentation des hexoses sont Saccharomyces cerevisiae et Zymomonas mobilis

Après fermentation, l’éthanol se trouve dans un moût contenant principalement de l’eau et des produits de la dégradation de la biomasse, des substances ajoutées au cours du procédé mais également d’autres molécules produites par les microorganismes simultanément 85 à la production du bioéthanol, comme les alcools supérieurs. Le moût doit être débarrassé de ces différentes substances pour obtenir le bioéthanol par distillation.

Claims (8)

1. Procédé pour la production du bioéthanol à partir de la biomasse lignocellulosique ;

• Prétraitement donc la température est comprise entre 160°C et 200°C ;

• L’hydrolyse donc la quantité de réactif utilisée est de 4% 0 12% en poids de matière sèche ;

• Fermentations de l’éthanol ;

• Récupération de l’éthanol.

2. Procédé pour la production du bioéthanol selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de prétraitement est comprise entre 160°C et 190°C, préférentiellement entre 170°C et 190°C, avec un réactif choisi parmi la soude, l’acide sulfurique.

3. Procédé pour la production du bioéthanol selon la revendication 1, caractérise en ce que la température de prétraitement est comprise entre 170°C et 215°C, préférentiellement entre 180°C et 200°C, avec un solvant choisi parmi l’éthanol, le méthanol, le propane, l’acétone, l’hexane.

4. Procédé pour la production du bioéthanol selon les revendications 1 et 2, caractérisé par en ce que la quantité de réactif utilisé est de 4% à 12% en poids préférentiellement de 5% à 10% de matière sèche.

5. Procédé pour la production du bioéthanol selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la quantité de solvant utilisé selon l’invention est de 30% à 60% du volume, préférentiellement 40% à 50% du volume total de solvant utilisé pour le prétraitement.

6. Procédé pour la production du bioéthanol selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que la quantité d’enzyme utilisée selon l’invention est de 0,02% à 0,2% du volume, préférentiellement 0,01% à 0,1% du volume total de solvant utilisé pour le prétraitement.

7. Procédé pour la production du bioéthanol selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que la quantité de levure utilisée selon l’invention est de 0,1 ppm à 10 ppm du volume, préférentiellement 0,5 ppm à 2,5 ppm du volume total de solvant utilise pour le prétraitement

8. Procédé pour la production du bioéthanol selon les revendications précédentes, caractérisé par l’utilisation de la biomasse de haute teneur en lignine pour la production du bioéthanol.