Procédé en amont

L'engagement de DSEC dans la construction d'usines de bioéthanol est possible grâce à ses connaissances techniques spécifiques des procédés de production de l'éthanol; cet article va vous permettre une meilleure compréhension du procédé ascendant.

En Europe et aux USA, les usines existantes de bioéthanol de première génération utilisent typiquement des céréales (maïs, blé, riz, ..) ainsi que d'autres matières premières contenant de l'amidon ou du sucre (betterave, ...). Les matières premières subissent tout d'abord un broyage afin de réduire les particules à une taille rendant les molécules d'amidon accessibles aux enzymes dans les étapes ultérieures. Lors de l'étape de liquéfaction avec l'alpha-amylase, l'amidon est fractionné en unités moléculaires glucosidiques légères, appelée dextrine. Dans l'étape suivante, la saccharification, ces dextrines sont réduites en sucres fermentescibles grâce à la gluco-amylase. Lors de l'étape de fermentation, ces sucres fermentescibles sont partiellement transformés de façon aérobique, mais surtout de façon anaérobique par la levure Saccharomyces Cerevisae en biomasse et en éthanol. Les matières premières contenant du sucre, peuvent être fermentés directement après le broyage.

Les procédés en amont sont :

  • Stockage
  • Nettoyage
  • Broyage
  • Mashing
  • Liquéfaction
  • Saccharification
  • Fermentation (batch ou continu)

Bio-Ethanol Upstream Process

Parce que ces matières premières sont plus difficilement transformables en sucres fermentescibles que l'amidon ou que les matières premières contenant du sucre, le procédé de conversion biochimique de la cellulose (technologie de bioéthanol de 2eme génération) nécessite des étapes supplémentaires – les deux étapes clefs étant le prétraitement de la biomasse et l'hydrolyse de la cellulose. Pour réduire la cellulose – la matière première de sucre sous forme de biomasse fibreuse – il faut premièrement s'affranchir des hémicelluloses et de la lignine, qui sont entourés d'une gaine protectrice de cellulose. L'approche globale de la conversion de la cellulose en éthanol comprend un prétraitement afin d'ouvrir la biomasse aux enzymes, une étape biologique pour la production d'enzymes, une hydrolyse de la biomasse, une fermentation des sucres, une récupération de l'éthanol et sa purification, une chaudière, une production d'énergie et un traitement des résidus. L'acide peut casser les longues chaines en hémicellulose et cellulose pour relâcher les sucres compris dans ces matières par hydrolyse. Grâce à leur haute spécificité, les enzymes connues sous le nom de cellulases obtiennent de haut rendement de conversion de la cellulose en glucose et sont donc souvent préférées. Cependant, pour survivre dans la nature, la biomasse cellulosique a développé une structure qui résiste aux attaques enzymatiques, et elle doit donc être prétraitée afin d'exposer au mieux la cellulose aux enzymes. Par le passé, des pré-traitements biologiques, chimiques, mécaniques, physiques et thermiques ont été testés, mais aujourd'hui, seules les méthodes qui traitent la biomasse à des températures de 80-200 °C avec un ou plusieurs produits chimiques ont été capables de réaliser de haut taux de rendement en sucre, nécessaires pour un succès économique.
Le prétraitement le plus répandu implique l'utilisation d'acide sulfurique dilué, un produit ammoniacal d'expansion des fibres, un pH neutre, et de la chaux, même si le choix dépend de plusieurs facteurs tels que la nature du substrat, le choix des enzymes et des organismes, et d'autre détails de procédé.