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Des biodéchets valorisés par électrosynthèse microbienne

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Des biodéchets valorisés par électrosynthèse microbienne

©Irstea

L'Irstea a présenté les résultats du projet collaboratif de R&D Biorare, initié en 2011. Il vise à mettre au point une technologie pour la valorisation de biodéchets en molécules plateformes pour des applications en chimie.

Développer les procédés de transformation de déchets organiques en composés d'intérêt. Tel est l'un des objectifs que s'est fixé l'Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (Irstea). L'institut a organisé, le 18 mai, la restitution finale des résultats du projet collaboratif de R&D Biorare mené en coopération avec l'Inra, le CNRS et le groupe Suez. Ce programme a été initié en 2011 dans le cadre de l'appel à projets Bioressources et Biotechnologies du programme des Investissements d'avenir en 2010. Il a pour objectif de développer un concept technologique de rupture de production de molécules plateformes pour la chimie verte. Les chercheurs impliqués dans Biorare ont mis au point un pilote d'électrosynthèse microbienne, capable de convertir des biodéchets en molécules chimiques. « Issue de travaux de chercheurs américains de 2010, cette technologie a pour principe d'utiliser des cultures de micro-organismes électroactifs pour produire des composés d'intérêt », explique Théodore Bouchez, chercheur à l'Irstea et coordinateur du projet Biorare.

Une innovation en rupture

Si le concept d'électrosynthèse microbienne a vu le jour outre-Atlantique, les partenaires du projet Biorare ont eu l'idée d'utiliser la méthode pour convertir des biodéchets alimentaires. Après plus de cinq années, les chercheurs sont parvenus à mettre au point un pilote de ce système bioélectrochimique à deux compartiments séparés par une membrane, similaire à une batterie. Ce système de maturité industrielle TRL4 comprend un premier compartiment alimenté en hydrolysat de biodéchets, qui contient une anode sur laquelle un mix de micro-organismes de fermentation et d'autres électroactifs sont interfacés. L'autre compartiment du système se compose d'une biocathode sur laquelle des micro-organismes électrotrophes et autotrophes sont fixés et alimentés en CO2. En présence d'électrons, les organismes de la biocathode sont capables de produire des molécules d'intérêt telles que de l'acide acétique, et de l'acide formique. « Nous travaillons également à identifier une souche bactérienne qui servirait à produire de l'acide succinique », indique Théodore Bouchez. Avant de poursuivre : « À plus long terme, il est également envisageable d'obtenir d'autres types d'acides carboxyliques, des acides gras des alcools et même des esters ». En outre, le fait que les bactéries soient électrotrophes permet de mieux contrôler leur activité métabolique via le dispositif électrique. « Le rendement de production de molécules d'intérêt par électrosynthèse microbienne est potentiellement très élevé, compris entre 90 à 100 % », affirme Théodore Bouchez. De plus, grâce à l'apport d'énergie chimique contenue et libérée par les déchets, le procédé permet de gagner un facteur minimum de 2,5 sur l'énergie consommée.

Intégration possible à la filière de la méthanisation

Le concept technologique de Biorare pourrait très bien se fondre dans les installations existantes de méthanisation. En effet, ces unités approvisionnées en biodéchets sont en mesure d'obtenir de l'hydrolysat, et du CO2 (issu de la purification de biogaz). Selon un scénario imaginé par les équipes de recherche, une installation de méthanisation traitant 50 000 tonnes de biodéchets pourrait permettre de produire 3 900 t d'acide formique ou 1 300 t d'acide acétique ou encore 1 400 t d'acide succinique. Mais il reste encore du travail pour parvenir à une unité d'électrosynthèse microbienne de taille industrielle, comme le précise Théodore Bouchez : « Il faudrait 3 à 5 ans pour mettre au point un pilote semi-industriel en ayant ciblé une molécule et un marché. Et cinq années supplémentaires seraient nécessaires pour parvenir à un démonstrateur et une unité industrielle ». Sachant que la collecte séparée des biodéchets doit être généralisée d'ici à 2025, la valorisation est amenée à se développer dans les années à venir, que ce soit par compostage, par méthanisation ou par électrosynthèse microbienne.

Le projet Biorare en bref

- Durée du projet : 2011-2017 - Initié dans le cadre de l'appel à projets Programme investissements d'avenir en 2010 - Financé par l'ANR à hauteur de 2,2 M€ - Partenaires : Irstea (sites d'Antony et de Rennes), Inra (LBE de Narbonne), CNRS (LGC de Toulouse), Suez (laboratoire Cirsee de Croissy) - Propriété intellectuelle : 3 brevets déposés - Rayonnement scientifique : 19 publications internationales, 31 présentations en colloque

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