Un projet dirigé par l’Université de technologie d’Eindhoven (TU/e) utilisant des méthodes catalytiques avancées pour cliver les liaisons carbone-carbone dans le lignine d’origine végétale est mis en avant sur la couverture du tout premier numéro de Nature Chemical Engineering.
Alors que le consensus mondial est que l’humanité doit s’éloigner des combustibles produits à partir de matières premières fossiles pour freiner les effets du changement climatique, les systèmes de transport lourd tels que les camions, les navires et les avions continueront de dépendre des combustibles hydrocarbonés liquides traditionnels dans un avenir prévisible.
Le défi du lignine
En alternative aux huiles fossiles, ces combustibles renouvelables peuvent être produits à partir de lignine d’origine végétale, mais les rendements sont limités par les approches de traitement actuelles, entravant l’adoption de ces combustibles alternatifs d’origine végétale.
Dans une nouvelle étude dirigée par le groupe de recherche d’Emiel Hensen à la TU/e, une nouvelle approche catalytique a été développée qui peut améliorer de manière significative les rendements à partir de lignine en clivant les liaisons carbone-carbone difficiles à briser.
La technologie catalytique
Comment fonctionne la technologie catalytique ? Comme l’explique Emiel Hensen, elle nécessite un catalyseur capable d’accélérer deux types de réactions en même temps.
« Nous avons découvert qu’un catalyseur bifonctionnel qui combine une étape d’activation des structures en anneau avec une étape de craquage peut cliver sélectivement les liaisons carbone-carbone », note le chercheur.
Les liaisons carbone-carbone fortes dans la lignine sont pré-activées sur des nanoparticules métalliques. Cette étape de pré-activation affaiblit les liaisons carbone-carbone, qui peuvent ensuite être craquées sur des sites acides dans des zéolithes microporeuses.
Vers des biocarburants à base de lignine
« La solution que nous avons conçue permet la production de biocarburants à partir de lignine en rendements nettement supérieurs à ceux réalisés jusqu’à présent. Cela peut aider à rendre le carburant renouvelable à base de lignine commercialement viable », ajoute Emiel Hensen.
Pour tester l’efficacité de l’approche, la nouvelle technologie catalytique développée a non seulement été démontrée avec des composants modèles présents dans la lignine, mais aussi avec de véritables matières premières de lignine obtenues auprès de développeurs technologiques de premier plan comme Bloom et Vertoro.
Prochaines étapes
Jusqu’à présent, Emiel Hensen et ses collaborateurs ont mené des expériences dans des réacteurs en batch (« lot »). « La prochaine étape naturelle est d’évaluer la stabilité des catalyseurs dans des processus continus qui sont la norme dans l’industrie chimique. »
Une complication supplémentaire pour les chercheurs est la grande variabilité en termes de composition chimique de la lignine.
« Une telle variabilité signifie qu’il est impératif d’évaluer comment les impuretés dans les échantillons réguliers de lignine de biomasse affectent le rendement », note pour conclure Emiel Hensen.
En synthèse
La recherche menée par l’Université de technologie d’Eindhoven représente une avancée dans la production de biocarburants à partir de lignine, un composant majeur de la biomasse végétale. En développant une technologie catalytique capable de cliver efficacement les liaisons carbone-carbone, cette étude ouvre la voie à une utilisation plus large de la lignine pour la création de carburants renouvelables.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la lignine et pourquoi est-elle importante ?
La lignine est un polymère complexe présent dans les parois cellulaires des plantes et constitue une source abondante de matière organique renouvelable. Sa transformation en biocarburants pourrait réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.
En quoi consiste cette nouvelle approche catalytique ?
Cette approche utilise un catalyseur bifonctionnel pour activer puis cliver les liaisons carbone-carbone résistantes dans la lignine, augmentant ainsi le rendement des produits utiles.
Quels sont les avantages de cette technologie par rapport aux méthodes actuelles ?
Elle permet d’obtenir des rendements nettement supérieurs dans la conversion de la lignine en biocarburants, ce qui pourrait rendre ces derniers commercialement viables.
Quels défis les chercheurs doivent-ils encore surmonter ?
Il est nécessaire d’évaluer la stabilité des catalyseurs dans des processus continus et de comprendre comment la variabilité chimique de la lignine affecte le rendement.
Quelles sont les implications de cette recherche pour l’avenir des biocarburants ?
La technologie développée pourrait accélérer l’adoption de biocarburants à base de lignine et contribuer à une transition énergétique plus durable.
Références
Source : Université de technologie d’Eindhoven (TU/e)
‘Carbon-carbon bond cleavage for a lignin refinery‘, Luo et. al, Nature Chemical Engineering, (2024).
