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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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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 :
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Pôles de compétitivité : Axelera, IAR, Xylofutur
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Centres de compétence : laboratoires de recherche dans le domaine de la chimie du bois, de la bioraffinerie, des glycosciences
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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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5. Conclusion
L’extraction des hémicelluloses du bois en amont de la production de cellulose représente une opportunité très intéressante de valoriser différents types de sucres en parallèle de la production de cellulose pour l’industrie papetière. Les études présentées ici ont montré qu’en jouant sur les conditions de l’hydrolyse du bois, et sur l’espèce de bois utilisée, on peut faire varier les quantités et le type de sucres extraits ainsi que leur nature (monomères ou oligomères). Il a également été montré que si la sévérité de l’hydrolyse est trop élevée, une quantité significative de sucres peut être perdue en produits de dégradation comme le furfural et l’hydroxyméthylfurfural, et qu’il convient de déterminer l’optimum des conditions opératoires, en fonction des applications visées. Si l’objectif est de fermenter les sucres en alcools, une solution est de faire subir à l’autohydrolysat une hydrolyse secondaire, pour transformer tous les oligomères en monomères en minimisant la formation de produits de dégradation. Si l’on souhaite, en revanche, produire des tensioactifs de type polyglucoside d’alkyle, on peut très bien partir d’un hydrolysat contenant des oligomères, à condition d’avoir retiré une bonne partie de la lignine dissoute pendant l’autohydrolyse. D’autres valorisations sont en cours d’étude par notre groupe, en particulier, la valorisation des oligomères d’hémicelluloses comme prébiotiques.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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