Des chercheurs de l’Université d’Alicante ont mis au point un photocatalyseur qui utilise uniquement la lumière ambiante pour transformer la lignine (qui représente 30 % de la biomasse végétale) en bioplastiques de haute valeur. Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à transformer ce sous-produit agricole en plastifiants biodégradables adaptés à l’impression 3D.
L’Université d’Alicante (UA), en collaboration avec l’Université polytechnique de Valence (UPV), a dévoilé une technologie novatrice capable de convertir la lignine, l’un des composés organiques les plus abondants au monde, en vanilline et en matériaux biodégradables. Publiée aujourd’hui dans la prestigieuse revue Nature Communications, l’étude propose une méthode durable de valorisation des déchets végétaux et identifie des alternatives viables aux combustibles fossiles qui alimentent actuellement l’industrie chimique.
La lignine est un polymère organique complexe qui représente près de 30 % de la biomasse végétale. De par sa structure chimique complexe, elle constitue depuis longtemps l’un des plus grands défis non résolus pour les bioraffineries. Les méthodes de traitement conventionnelles produisent généralement des mélanges très hétérogènes, notoirement difficiles à séparer et à raffiner.
Pour pallier cet inconvénient, l’équipe de l’UA a développé un photocatalyseur innovant à base d’anthraquinone, un matériau abordable et très stable. Activé par la lumière ultraviolette, ce catalyseur décompose sélectivement les liaisons chimiques les plus abondantes de la lignine.
« Dans cette étude, nous présentons une technologie permettant de transformer la lignine en produits à haute valeur ajoutée en utilisant uniquement la lumière et les conditions ambiantes », explique le Dr Néstor Guijarro, chercheur principal de l’étude. Le photocatalyseur capte la lumière et exploite cette énergie pour scinder la lignine de manière sélective. « De plus, nous avons intégré ce système dans un réacteur à flux continu, ce qui permet à l’ensemble du processus de fonctionner en continu, efficacement et à grande échelle », ajoute le chercheur de l’Université d’Arizona.
Le procédé produit de la vanilline – la molécule principale responsable de l’arôme de la vanille – comme produit principal, avec un rendement massique record de 7,1 %. Cela équivaut à extraire 94 % de toutes les unités monomères aromatiques disponibles. La vanilline est une substance organique très recherchée, largement utilisée dans les secteurs de l’alimentation, des cosmétiques et de la chimie.
Surtout, cette innovation garantit une utilisation complète et sans gaspillage de la matière première. « Les fragments de lignine résiduels après extraction ont été utilisés pour la première fois comme plastifiants biodégradables, intégrables à l’impression 3D », souligne le Dr Guijarro.
Des essais en laboratoire démontrent que ces additifs durables améliorent significativement la flexibilité, la résistance et la mémoire de forme des bioplastiques, sans compromettre leur maniabilité. Pour prouver leur viabilité à l’échelle réelle, l’équipe a imprimé avec succès des objets de consommation entièrement fonctionnels, notamment une coque de téléphone portable biodégradable présentant la même durabilité et les mêmes propriétés que les plastiques conventionnels.
Selon les auteurs, cette recherche représente une avancée majeure vers une utilisation commerciale généralisée de la lignine. Elle établit le cadre technique d’une nouvelle génération de bioraffineries durables et à haute valeur ajoutée, en parfaite adéquation avec les impératifs de transition écologique et d’économie circulaire en Europe.
Des plastifiants verts haute performance.
Menée par l’Institut universitaire d’électrochimie de l’UA, cette étude internationale bénéficie également des contributions de l’Institut universitaire de technologie des matériaux (IUITM) de l’UPV, du Centre de recherche technique VTT de Finlande et de l’Université de Salzbourg en Autriche.
L’équipe du campus d’Alcoy de l’UPV s’est concentrée sur la conversion des résidus de post-traitement fournis par l’UA en plastifiants haute performance, renouvelables et biodégradables. Ces plastifiants ont été spécialement conçus pour l’acide polylactique (PLA), l’un des biopolymères les plus utilisés dans la fabrication industrielle.
« Nous avons valorisé ce sous-produit pour plastifier le PLA, ce qui lui confère des propriétés remarquables telles que la mémoire de forme, une flexibilité accrue et une intégration parfaite dans la fabrication additive », explique le professeur Rafael Balart, chercheur principal à l’IUITM-UPV.
