Passer de la cellulose à des petites molécules de sucres
Une équipe de scientifiques de l’Institut Max Planck de recherche sur le carbone (MPI-KoFo) de Mühlheim-sur-la-Ruhr a mis au point une nouvelle méthode permettant de découper relativement facilement la cellulose en ses éléments constitutifs, des sucres. Ceci pourrait ouvrir la porte à la production de matières premières et de biocarburants à partir de biomasse issue de bois ou de déchets végétaux, donc sans concurrence avec les produits alimentaires.
La cellulose, molécule organique la plus fréquente sur terre, est le composant principal des cellules végétales. Comme elle est particulièrement stable, il était jusqu’ici difficile pour l’industrie de la cliver en ses composants élémentaires. Une quantité importante d’énergie restait ainsi inutilisée.
Roberto Rinaldi, Regina Palkovits et Ferdi Schüth du MPI-KoFo sont maintenant parvenus à surmonter cet obstacle, à l’aide d’un catalyseur solide acide et d’un milieu ionique. Le procédé mis ainsi au point permet de scinder de manière sélective les longues chaînes de cellulose en petits morceaux, en l’espace de quelques heures voire moins. De plus, un avantage est que peu de sous-produits apparaissent, ce qui réduit le risque de complications dans la suite du traitement. Le catalyseur peut être récupéré et réutilisé à la fin de la réaction.
Dans un premier temps, les chercheurs placent la molécule de cellulose dans une solution ionique. Il s’agit d’un sel, liquide à température ambiante, qui contient des éléments chargés positivement et négativement. « Cette étape rend les longues chaînes de cellulose accessibles pour les réactions chimiques suivantes, et la cellulose est ainsi attaquable par des catalyseurs solides », explique F. Schüth.
L’équipe du MPI-KoFo a entre-temps déterminé quelles propriétés un catalyseur devait posséder afin de cliver la cellulose. Le matériau doit être acide, c’est-à-dire pouvoir donner des protons H+. Il doit aussi disposer d’une grande surface et de pores de la bonne dimension, car la cellulose dissoute dans la solution ionique est très visqueuse, ce qui complique le transport des chaînes vers le catalyseur. « Nous avons découvert que la résine modifiée chimiquement est particulièrement bien adaptée au clivage des liaisons sucrées de la cellulose », poursuit Ferdi Schüth.
Grâce à un ajout d’eau, les chaînes de sucres ainsi raccourcies tombent au fond, de sorte qu’il est facile de les séparer de la solution. Les chercheurs filtrent alors la solution et récupèrent le catalyseur. « Afin de parvenir enfin aux plus petits éléments constitutifs de la cellulose, une étape supplémentaire est nécessaire via, par exemple, l’utilisation d’enzymes ». Celles-ci découpent les courtes chaînes en molécules de sucres isolées. Ce processus de « démontage » -de la cellulose aux molécules de glucose- est appelé dépolymérisation.
La nouvelle méthode permet, entre autres, de découper des composants végétaux très stables, comme la cellulose micro-cristalline, voire même du bois. « Nous pouvons ainsi dire que, grâce à cette méthode, le démontage du bois en sucres est possible », commente F. Schüth.
Ce traitement de la cellulose ouvre de nombreuses pistes d’applications. Les molécules de sucres ainsi obtenues pourraient être soumises à une fermentation alcoolique et l’éthanol alors produit comme biocarburant, sans faire concurrence aux produits alimentaires. Des restes de bois ou de la paille pourraient servir de matériau de base. Un travail important de développement reste cependant à mener avant d’utiliser cette méthode à grande échelle. Les solutions ioniques sont notamment très chères, ce qui nécessite leur réutilisation dans le cycle de production, et donc la mise au point d’une approche de recyclage.
Ferdi Schüth – Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mühlheim an der Ruhr – tél : +49 208 306 2373 – email: schueth@mpi-muehlheim.mpg.de
Source: BE Allemagne