La technologie verte utilise les tiges de maïs pour produire des biodérivés de grande valeur et générer des économies
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Par Ricardo Muniz | Agência FAPESP – Dans une étude publiée dans le Biofuel Research Journal , des chercheurs affiliés à l’Université d’État de Campinas (UNICAMP) et à l’Université technologique fédérale du Paraná (UTFPR) au Brésil ont évalué l’efficacité et l’impact environnemental de l’utilisation de tiges de maïs avec une technique qui utilise l’eau pure comme seul solvant pour l’extraction des biodérivés.
Les tiges de maïs, un sous-produit agricole abondant et souvent jeté, sont riches en composés lignocellulosiques, tels que l'hémicellulose, la cellulose et la lignine. Dans le cadre de ce travail, fruit de la thèse de doctorat de Rafael Gabriel da Rosa , l'équipe de scientifiques a extrait de ces déchets des sucres, des acides organiques et des composés phénoliques aux propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires et antimicrobiennes.
Ils ont optimisé les paramètres du procédé en utilisant l'hydrolyse (décomposition de grosses molécules en molécules plus petites) avec de l'eau « subcritique » (à haute température et sous haute pression pour éviter l'ébullition) plutôt que l'hydrolyse acide. Cette avancée est utile pour des applications dans les industries agroalimentaire, pharmaceutique et des biocarburants.
La production de chaque sous-produit dépend des variations de température et de pH, suivant une séquence de décomposition qui commence par les composés phénoliques, passe par les sucres et se termine par les acides organiques.
Les résultats ont montré une récupération significative : l'hydrolyse sous-critique a permis d'obtenir des composés phénoliques dont la concentration en acide gallique équivalente variait de 16,06 à 76,82 milligrammes par gramme (norme de quantification des composés phénoliques). En revanche, l'hydrolyse acide a permis d'obtenir 12,76 milligrammes par gramme.
Pour les sucres (glucose, xylose et cellobiose), 448,54 milligrammes ont été obtenus par gramme de tige de maïs hydrolysée à 170 °C pendant 30 minutes maximum à un pH de 1. Les méthodes d'hydrolyse traditionnelles ne dépassent pas 74,5 milligrammes par gramme de tige hydrolysée. Ainsi, le rendement est multiplié par six tout en réduisant les coûts en temps et en énergie.
Enfin, dans le cas des acides organiques (acétique et formique), 1 157,19 milligrammes ont été obtenus par gramme de tige de maïs hydrolysée à 226 °C et à un pH de 4,5. « Cette extraction d'acides organiques représente une opportunité concrète pour la production de précurseurs chimiques renouvelables destinés à être utilisés dans les plastiques biodégradables, les solvants et les conservateurs naturels », explique Tânia Forster-Carneiro , conseillère de Rosa, co-auteure de l'article et professeure à l'École d'ingénierie alimentaire (FEA) de l'UNICAMP.
Tânia Forster-Carneiro et Rafael Gabriel da Rosa ( photo : archives personnelles )
Méthode durable
Les chercheurs ont également réalisé une analyse de durabilité de la technologie, appelée EcoScale. Il s'agit d'une mesure semi-quantitative permettant d'évaluer les conditions de réaction chimique à l'échelle du laboratoire. Cet outil permet d'évaluer les impacts environnementaux, économiques et sociaux d'un procédé ou d'une technologie.
Il utilise une échelle de 0 à 100, 0 représentant un échec total (rendement de 0 %) et 100 la réaction idéale : le composé A (le substrat) réagit avec (ou en présence de) le composé B bon marché pour produire le composé C souhaité avec un rendement de 100 %, à température ambiante, avec un risque minimal pour l'opérateur et un impact environnemental minimal.
« Notre résultat est surprenant : la méthode a obtenu 93 points », se félicite Forster-Carneiro. D'autres procédés utilisant des produits chimiques agressifs, comme l'acide sulfurique et l'hydroxyde de sodium, ont obtenu des résultats compris entre 54,63 et 85,13 points.
Selon le scientifique, un autre aspect novateur de l'étude était l'analyse technico-économique préliminaire (ou taux de retour sur investissement), qui intégrait des données expérimentales à des estimations des investissements, des opérations et des rendements économiques. Cette analyse prenait en compte des facteurs tels que le coût des équipements, des intrants et de l'énergie.
« L'analyse fournit une vision stratégique pour la prise de décision, simule différents scénarios et identifie les plus prometteurs pour une application industrielle, renforçant ainsi le lien entre science, innovation et application pratique », explique Forster-Carneiro. Les travaux se sont concentrés sur le sucre, produit final présentant la plus grande valeur économique pour les biocarburants. Les résultats ont montré un délai de retour sur investissement de quatre à cinq ans.
Outre Rosa et Forster-Carneiro, le travail, soutenu par la FAPESP (projets 18/14938-4 , 18/14582-5 , 22/02305-2 , 23/02064-8 et 21/04096-9 ), est signé par Luiz Eduardo Nochi Castro , Tiago Linhares Cruz Tabosa Barroso , Vanessa Cosme Ferreira (FEA) et Maurício Ariel Rostagno (École des Sciences Appliquées de l'UNICAMP), ainsi que Paulo Rodrigo Stival Bittencourt (UTFPR).
L'article « Valorisation des déchets de cannes de maïs en bioproduits de valeur grâce à l'hydrolyse de l'eau sous-critique » peut être lu sur : www.biofueljournal.com/article_216413.html .