Simplification du procédé de fabrication du bio-butanol
Publié par Adrien le 21/12/2010 à 00:00
Source: BE Japon numéro 558 (10/12/2010) - Ambassade de France au Japon / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /65321.htm
Illustration: HC – Ambassade de France au Japon
Une équipe de chercheurs de l'Institut National des Sciences et des Techniques Industrielles Avancées (AIST) a développé une technique de raffinage du bio-butanol qui permet d'obtenir une solution concentrée à 82% (pourcentage massique) et ainsi de réduire considérablement la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) totale consommée lors du processus de déshydratation (La déshydratation est la perte ou l'élimination de l'eau d'un corps. Cette dernière peut être partielle ou totale. Toutefois le terme de dessiccation est plus...) du butanol.

Le bio-butanol (1-butanol - C4H10O) est un alcool qui pourrait devenir un des carburants liquides de prochaine génération, en remplacement des produits pétroliers actuellement utilisés. Il est fabriqué à partir de la fermentation (La fermentation est une réaction biochimique de conversion de l'énergie chimique contenue dans une source de carbone (souvent du glucose) en une autre forme d'énergie directement utilisable par la...) des sucres présents en grande quantité dans la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine...) cellulosique (bois). Il possède en outre un pouvoir calorifique (34 MJ/kg) supérieur à celui de l'éthanol (C2H5OH - 27 MJ/kg), un autre biocarburant (Les biocarburants (ou agrocarburants) au sens strict sont des carburants liquides produits à partir de plantes cultivées. Suivant les filières, on cherche à produire de l'huile ou de l'alcool par fermentation...) dont le développement des techniques de production sont plus avancées.


Figure 1 – Procédé actuel

La fermentation sous l'action de bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des...) produit une solution aqueuse de butanol faiblement concentrée (entre 0,5 et 1,5% de butanol). En effet, lorsque la concentration augmente, les bactéries "s'endorment" et la production s'arrête. Il est donc nécessaire de séparer le butanol de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) pour obtenir une solution de butanol concentré.

La distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une...) constitue une technique simple pour extraire le butanol. Cependant, l'énergie nécessaire pour obtenir une solution concentrée à 99,9% à partir d'une solution concentrée à 1% est de 37 MJ/kg de butanol, soit 3 MJ/kg de plus que le pouvoir calorifique du butanol. L'opération est donc inintéressante, puisqu'elle consomme plus d'énergie que ne pourra fournir la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) du carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) ainsi produit.


Figure 2 – Procédé développé par l'AIST

La solution alternative actuellement à l'étude est la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est...) par pervaporation (vaporisation par passage à travers une membrane) à travers une membrane en gomme de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) incrustée ou non de poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) de silicalite. Cette méthode permet d'obtenir une solution concentrée à 37% (gomme non incrustée) ou 53% (gomme incrustée) à partir d'une solution à 1%. La solution est de nouveau pervaporée jusqu'à obtention d'une solution fortement concentrée de butanol. Or, lorsque la concentration du butanol est inférieure à 80%, la solution se sépare naturellement en deux phases liquides superposées, l'une (inférieure) contenant 8% de butanol, l'autre (supérieure) 80% de butanol. Ces deux phases doivent donc être traitées différemment, ce qui complique le procédé (figure 1).

Pour résoudre ce problème, l'AIST a développé une nouvelle membrane de séparation en silicalite enrobée de gomme de silicium qui permet d'obtenir dès la première étape une solution concentrée à 82%, en une seule phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) (figure 2). L'énergie totale nécessaire à la production de butanol pure est donc réduite à 4,3 MJ/kg de butanol (13% du pouvoir calorifique du butanol), ce qui représente une réduction de 50% et 70% par rapport aux procédés qui utilisent respectivement une gomme de silicium incrustée et non incrustée de poudre de silicalite.
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