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RÉSUMÉ
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
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Rénal BACKOV : Professeur des universités - Enseignant-chercheur de l'université de Bordeaux. Recherche effectuée au centre de recherche Paul Pascal, UPR-CNRS 8641
INTRODUCTION
Nos sociétés sont confrontées à une demande croissante en combustibles biosourcés non fossiles. Les biodiesels, obtenus par transestérification de triesters, offrent une alternative réelle. Les réactions de transestérification peuvent être catalysées par des enzymes, les lipases. Nous présentons la synthèse de catalyseurs enzymatiques opérant en flux continu. Ces mousses biohybrides offrent de nombreux avantages, un bon confinement des enzymes, un encombrement stérique minimisé, un transport de masse optimisé, une simplicité de synthèse et de mise en œuvre. Ces spécificités engendrent, pour la production de biodiesel sur supports biohybrides macroporeux, des activités enzymatiques exaltées, associées à des endurances remarquables de catalyses en flux continu.
Modern societies are confronted to an increasing requirement of bio-fuels resources not of fossil origin. Biodiesels, obtained by transesterification of trimesters, are offering a real alternative. Transesterification can be catalyzed by enzymes such as lipases. We present the synthesis and use of enzyme-based macrocellular foams operating in continuous flow conditions. These monolithic biohybrid catalysts present several advantages, confinment of the enzymes, low steric hindrance, optimized mass transport, a rather simplicity in regard of the column in-situ synthetic path. Those features, concerning enzyme-based catalyzed transesterification, high enzymatic activity addressed with unprecedented endurance of continuous catalysis.
Catalyse hétérogène, matériaux poreux, enzymes, biodiesel, chimie intégrative, émulsions
Heterogeneous catalysis, porous materials, enzymes, biodiesel, integrative chemistry, biliquid foams
Domaine : catalyse
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Chimie intégrative ; fluides complexes ; chimie sol-gel ; biotechnologies enzymatiques
Domaines d'application : Catalyse hétérogène ; biocarburants
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Industries et Agro Ressources (AIR) ;
Centres de compétence : CRPP (Bordeaux) ; ISM (Bordeaux) ; LISBP (Toulouse), LCMBA (Nice), Collège de France (Paris)
Industriels : Diester Industrie (France)
Autres acteurs dans le monde : ADM Biodiesel (Allemagne), Biopetrol Industries (Suisse)
Contact : [email protected]
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Description technique de l'innovation
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1. Contexte
La production d"agrocarburants offre une alternative intéressante aux carburants d"origine fossile. Les biodiesels sont des produits transformés à base d"huiles de plantes oléagineuses comme le colza, la palme, le tournesol ou le soja. Ils résultent généralement d"une réaction chimique, catalysée en milieu acide ou préférentiellement en milieu basique, entre de l"huile végétale (90 % massique) et de l"alcool (10 % massique). Cette réaction dite de « transestérification » convertit le mélange en ester méthylique (principal constituant du biodiesel) et en glycérol. Une réaction de saponification parasite (transformation de l"ester méthylique en sel de l"acide correspondant) limite le rendement réactionnel en ester méthylique. Pour améliorer le taux de conversion, il est donc nécessaire de développer d"autres catalyseurs qui épousent une conjoncture de « chimie verte » des modes opératoires en limitant la consommation d'atomes, la consommation de solvant et l'utilisation de métaux . Ainsi, certains catalyseurs enzymatiques comme ceux appartenant à la famille des lipases (hydrolases triglycériques) sont particulièrement efficaces et sélectifs envers ces réactions de transestérification. Cependant, leur coût élevé et leur faible stabilité conformationnelle limitent leur utilisation comme catalyseurs industrielle. Il est donc important de parvenir à les confiner, de manière irréversible et en optimisant leur activité catalytique, au sein de matrices poreuses, assurant à la fois une bonne accessibilité et un transport de masse efficace, conditions indispensables à une catalyse hétérogène performante.
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIVAGE (J.) - Vers une chimie écologique. Quand l'air et l'eau remplacent le pétrole. - Journal Le Monde, 26 oct. 1977.
-
(2) - ANASTAS (P.T.), WARNER (J.C.) - Green chemistry theory and practice. - Oxford University Press, New York (1998).
-
(3) - CARN (F.), COLIN (A.), ACHARD (M.-F.), DELEUZE (H.), SELLIER (E.), BIROT (M.), BACKOV (R.) - Inorganic monoliths hierarchically textured via concentrated direct emulsion and micellar template. - Journal of Materials Chemistry, 14, p. 1370-1376 (2004).
-
(4) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), OESTREICHER (V.), BACKOV (R.) - Enzyme-based hybrid macroporous foams as highly efficient biocatalysts obtained through integrative chemistry. - Chemistry of Materials, 22, p. 4555-4562 (2010).
-
(5) - BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), DELEUZE (H.), ACHARD (M.-F.), SANCHEZ (C.), DURAND (F.), LAURENT (G.), BIROT (M.), DELEUZE (H.), BACKOV (R.) - Enzyme-based biohybrid foams designed for continuous flow heterogeneous catalysis and biodiesel production. - Energy and Environmental Science, 4,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Monolithes inorganiques obtenus par chimie sol-gel en milieu confiné : mousses et « macro-empreintes » COLIN (A.) et BACKOV (R.) Brevet français 2003, no de dépôt FR03-03774. Extension Internationale, 2004 : PCT/FR04/01811. FR 2852947, WO 2004087610 (Preparation of zeolites with hierarchical structure)
Catalyseurs supportés enzymatiques hybrides macrocellulaires et applications. BRUN (N.), BABEAU-GARCIA (A.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2009, no de dépôt FR 09-54634. Extension Internationale 2010 : PCT/FR10/051413. FR 2947564, WO 2011004111 (Immobilization of enzymes on porous silicates )
Catalyseur enzymatique hétérogène, procédé de préparation et utilisation pour la catalyse enzymatique en flux continu. BRUN (N.), DELEUZE (H.), SANCHEZ (Cl.) et BACKOV (R.). Brevet français 2010, no de dépot FR10-56099. Extension internationale 2011 : PCT/FR11/051785. FR 2963021, WO 2012022882 (Preparation of heterogeneous enzyme-coupled silica matrix as catalyst support for use in continuous flow hydrolysis or esterification of fatty acid triglycerides).
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