Nouveau procédé biotechnologique pour la pleine valorisation des déchets agro-industriels

Une bioraffinerie est une raffinerie qui, contrairement aux raffineries traditionnelles, utilise la biomasse au lieu du pétrole comme matière première. La biomasse est une matière organique provenant de plantes, d’animaux ou de micro-organismes. Les scientifiques ont développé un modèle de bioraffinage innovant qui permet de valoriser pleinement les déchets agro-industriels.

Le cœur de la nouvelle conception est un processus biotechnologique appelé ALACEN (acronyme dérivé des mots anglais : Alkaline, Acid, Enzyme), qui génère une large gamme de produits à valeur commerciale grâce à une stratégie respectueuse de l’environnement et qui représente une alternative au traitement habituel. , la combustion. ALACEN est un ensemble de procédés de bioraffinage qui permettent de fractionner la biomasse d’origine agro-industrielle et de transformer tous ses composants en produits et précurseurs à valeur ajoutée.

Cette réalisation est l’œuvre d’une équipe internationale composée, entre autres, de Salvador Bertran-Llorens, de l’Institut d’ingénierie et de technologie de Groningue (ENTEG) rattaché à l’Université de Groningue aux Pays-Bas, et de Martín Palazzolo, de l’Institut interdisciplinaire. de Sciences Fondamentales (ICB) rattachée au Conseil National pour la Recherche Scientifique et Technique (CONICET) et à l’Université Nationale de Cuyo (UNCuyo), en Argentine.

«Une bioraffinerie est une alternative durable à une raffinerie traditionnelle», souligne Palazzolo, qui faisait partie de l’équipe de travail en tant que chercheur du CONICET lors d’un séjour à l’université de Groningue. « Par analogie avec une raffinerie de pétrole conventionnelle, ce qui est fait est de traiter une matière première, dans ce cas renouvelable, de manière durable, en minimisant l’impact environnemental, pour produire des biens et des services à partir de cette matière première, qui est de nature organique. C’est un exemple clair de biotechnologie industrielle », souligne le chercheur.

À partir de la paille de blé, un déchet agro-industriel généré lors de la transformation de cette céréale, l’équipe scientifique a réussi à identifier une séquence de processus physiques, chimiques et biologiques qui permettent l’utilisation complète de cette biomasse, appelée lignocellulosique, en raison de son origine végétale, et le transformer en produits et intermédiaires aux nombreuses utilisations pratiques.

Martín Palazzolo travaillant au laboratoire. (Photo : Martín Palazzolo / CONICET. CC BY 2.5 AR)

Le processus comporte plusieurs étapes. La première consiste à analyser la composition de la biomasse lignocellulosique. Ensuite, celui-ci doit être raffiné ou séparé en ses composants : cellulose, hémicellulose, lignine et autres composants mineurs. La nouveauté qu’ALACEN intègre réside dans ce point : il permet de « fractionner de manière globale » les différents composants en quantité, en préservant autant que possible leurs structures naturelles.

« ALACEN consiste à combiner une série d’étapes dans un ordre et une intensité tels qu’elles permettent de tirer le meilleur parti de la biomasse. L’acronyme vient de ses trois étapes : alcaline, acide et enzymatique. Les deux premiers permettent de fractionner la biomasse de la manière la plus soignée possible. Ce dernier parvient à clôturer le processus de manière efficace et respectueuse de l’environnement, car on utilise des enzymes, qui sont des catalyseurs d’origine biologique et de nature biodégradable, en remplacement de substances chimiques généralement toxiques”, explique le scientifique.

L’application d’ALACEN sur de la paille de blé a permis aux scientifiques d’obtenir plusieurs produits : des sucres et des composés aromatiques, qui peuvent être utilisés pour préparer des biocarburants et des aliments, et un bioplastique, c’est-à-dire un plastique d’origine biologique. « Enfin, il y a une étape de fermentation, qui sort du sigle, avec laquelle on produit un bioplastique. Pour profiter d’une partie des sucres issus de la biomasse lignocellulosique avec laquelle il est généralement difficile de générer des produits de fermentation, on pense à un micro-organisme particulier, Schlegelella thermodepolymerans. Cette bactérie a la capacité d’utiliser ces sucres et de les transformer en plastiques, qui s’accumulent sous forme de nodules à l’intérieur. Il est vraiment pertinent de voir que l’on pourrait, grâce à l’ingénierie, optimiser et mettre à l’échelle ce processus biologique pour exploiter davantage la capacité intrinsèque de la bactérie », explique Palazzolo.

Ce travail représente une avancée dans la transition d’un modèle de production linéaire vers un modèle circulaire et respectueux de l’environnement. De plus, il répond à l’un des plus grands défis du raffinage de la biomasse, celui de tirer le meilleur parti de chacun de ses composants sans compromettre sa qualité et sa quantité. « Nous démontrons qu’ALACEN peut être appliqué pour traiter de manière holistique d’autres biomasses lignocellulosiques en plus de la paille de blé, telles que les roseaux, les tiges de maïs et la bagasse de canne à sucre. Ces matières premières sont largement disponibles sous forme de déchets dans les territoires de production agricole, c’est-à-dire pratiquement dans tout notre pays », conclut Palazzolo.

L’étude s’intitule « ALACEN : Un processus holistique de fractionnement de la biomasse herbacée atteignant un flux riche en xylose pour une conversion microbienne directe en bioplastiques ». Et il a été publié dans la revue académique ACS Sustainable Chemistry & Engineering. (Source : Leonardo Fernández / CONICET. CC BY 2.5 AR)