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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’extraction des hémicelluloses du bois en amont du procédé de production de fibres de cellulose est un moyen de mieux valoriser l’ensemble de la biomasse végétale entrant dans une usine. Cet article aborde l’intérêt de la valorisation des hémicelluloses en comparant l’extraction des hémicelluloses issues de deux espèces de bois (bois résineux mélangés et eucalyptus globulus). Cette extraction est obtenue par une autohydrolyse et une préhydrolyse, en présence d’acide sulfurique. Plusieurs voies de valorisation sont possibles : fermentation des sucres en alcool, production de tensioactifs non ioniques de type polyglucosides d’alkyles, ou production de prébiotiques à partir des oligosaccharides.
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One way to better valorie vegetal biomass entering a cellulose production mill, is to extract hemicelluloses from wood prior to the cellulose extraction process. The study presented here compares hemicelluloses extraction by an autohydrolysis and by a sulfuric acid catalysed hydrolysis, from two wood species (mixed softwood chips and eucalyptus globulus). Several ways of valorisation of the extracted hemicelluloses are possible: fermentation of the sugars in alcohol, production of non ionic surface active agents, production of prebiotics.
Auteur(s)
-
Christine CHIRAT : Professeur - Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LGP2, Grenoble, France
INTRODUCTION
Les activités papetières représentent aujourd’hui les plus importantes transformations chimiques du bois. À l’échelle mondiale l’industrie papetière génère annuellement près de 135 millions de tonnes de fibres de cellulose de pureté comprise entre 80 % et 97 % à partir de procédés dits chimiques. Ces pâtes sont principalement produites à partir de bois. Les fibres de cellulose sont obtenues majoritairement par le procédé kraft qui est un traitement alcalin réalisé à haute température (160 °C en moyenne) sur des copeaux de bois. La quantité de cellulose dans le bois n’étant que de l’ordre de 40 %, des quantités encore plus importantes de sous-produits sont obtenues. Ces sous-produits sont aujourd’hui concentrés et brûlés, ce qui permet aux usines d’être autonomes, voire excédentaires en énergie.
Les hémicelluloses étant dégradées pendant le procédé kraft, un moyen de les valoriser serait de les extraire en amont du procédé kraft, par un procédé d’autohydrolyse ou d’hydrolyse acide. Les sucres obtenus peuvent permettre de produire une multitude de produits et de matériaux, comme des alcools par fermentation, des tensioactifs verts (pour la production de savons, shampoings, détergents, cosmétiques), des bioplastiques.
Les objectifs de cet article sont de comparer l’extraction des hémicelluloses de bois feuillus et résineux par autohydrolyse, d’étudier l’effet des paramètres du procédé d’autohydrolyse sur les quantités de sucres extraites, et de donner deux exemples de valorisation des hémicelluloses ainsi extraites : l’un pour la production d’alcool et le second pour la production de tensioactifs. La caractérisation et la valorisation des oligosaccharides extraits sont discutés dans une dernière section.
Domaine : Bioraffineries intégrées à la production de cellulose
Degré de diffusion de la technologie : Émergence
Technologies impliquées : Hydrolyse et solubilisation des hémicelluloses ; dépolymérisation des hémicelluloses
Domaines d’application : Utilisation de sucres issus de ressources non alimentaires
Principaux acteurs français :
-
Pôles de compétitivité : Axelera, IAR, Xylofutur
-
Centres de compétence : laboratoires de recherche dans le domaine de la chimie du bois, de la bioraffinerie, des glycosciences
-
Industriels : industriels papetiers, industriels de la chimie
Autres acteurs dans le monde : même types que décrits plus haut
Contact : [email protected]
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
wood | surfactants | hemicelluloses | autohydrolysis
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Présentation
Extraction des hémicelluloses de bois résineux et feuillus par autohydrolyse
En anglais
1. Contexte
L’industrie papetière produit des fibres de cellulose depuis plus de cent ans en utilisant un procédé que l’on peut qualifier de bioraffinerie. En effet ils utilisent une matière première renouvelable (le bois), souvent issue de forêts gérées durablement et leur logistique d’approvisionnement est en place depuis longtemps. Ils produisent un matériau (pâte à papier ou cellulose), des produits chimiques (provenant des extractibles du bois) et de l’énergie.
Cette bioraffinerie pourrait être améliorée en valorisant encore davantage les différents constituants du bois. C’est ce qui est fait dans les usines qui utilisent le procédé au bisulphite acide, l’usine qui est allée le plus loin dans le concept de bioraffinerie étant l’usine de Borregaard à Sarpsborg en Norvège : cette usine produit, entre autres, de la cellulose de haute pureté pour des applications dans le domaine des éthers et esters de cellulose, des lignosulfonates, de l’éthanol de -deuxième génération obtenu par fermentation de la liqueur noire, et de la vanilline fabriquée à partir des lignosulfonates.
Dans le cas du procédé kraft, qui représente environ 97 % de la production de cellulose à partir de bois, une stratégie intéressante serait d’extraire au moins une partie des hémicelluloses, qui représentent entre 20 et 30 % du bois, avant de réaliser l’extraction des fibres de cellulose. En effet la plupart des usines modernes utilisant le procédé kraft sont excédentaires en énergie, et les hémicelluloses ont une capacité calorifique bien inférieure à celle de la lignine. On peut donc envisager de valoriser une partie des hémicelluloses autrement qu’en les brûlant.
Les hémicelluloses du bois sont des petits polymères constitués des cinq sucres principaux suivants : le glucose, le mannose, le galactose, le xylose, l’arabinose. Ces polymères comportent des groupements acétyles, et les xylanes comportent en outre des groupements acides 4-O-méthylglucuronique. Les hémicelluloses majoritaires dans les bois feuillus sont les xylanes, alors que les bois résineux contiennent surtout des galactoglucomannanes.
La valorisation de ces sucres s’ajoutant à la commercialisation de la cellulose améliorerait la rentabilité des usines de cellulose de taille moyenne, qui ne sont pas de taille à lutter contre des usines produisant plus de 1 million de tonnes de fibres de cellulose chaque année. Les usines qui possèdent les capacités...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MÄKI-ARVELA (P.), SALMI (T.), HOLMBOM (B.), WILLFÖR (S.), MURZIN (D.Y.) - Synthesis of sugars by hydrolysis of hemicelluloses – a review. - Chemical Reviews, 111(9):5638–5666 (2011).
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(2) - RICHTER (G.A.) - Some aspects of prehydrolysis pulping. - Tappi, 39(4):193–210 (1956).
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(3) - SIXTA (H.) - Part 4 Chemical pulping processes – Multistage Kraft pulping, in Handbook of Pulp, - 1er ed., vol. 1, Herbert Sixta, p. 325-346 (2006).
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(4) - SONG (T.), PRANOVICH (A.), SUMERSKIY (I.), HOLMBOM (B.) - Extraction of galactoglucomannan from spruce wood with pressurised hot water, - Holzforschung, vol. 62, n° 6, p. 659-666 (2008).
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(5) - GÍRIO (F.M.), FONSECA (C.), CARVALHEIRO (F.), DUARTE (L.C.), MARQUES (S.), BOGEL-LUKASIK (R.) - Hemicelluloses for fuel ethanol : A review, - Bioresour. Technol., vol. 101, n° 13, p. 4775–4800 (2010).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
EWLP : European Workshop on Lignocellulosics and Pulp : congrès international ayant lieu tous les deux ans en Europe
ISWFPC : International ymposium on Wood, Fiber and Pulp Chemistry : congrès international ayant lieu tous les deux ans, en alternance avec EWLP, en Europe, Asie ou Amérique.
NWBC : Nordic Wood Biorefinery Conference : congrès ayant lieu tous les 18 mois en alternance entre la Finlande et la Suède
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