Biocarburants avancés et autres produits chimiques verts

Vue extérieure de l’usine pilote de prétraitement du centre ITG
Extrudeuse à deux vis de petite échelle
Huile de maïs s’écoulant d’un robinet
Biomasse prétraitée

La Division de l’éthanol cellulosique de GreenField

Nous offrons plus de choix aux Canadiens et aux marchés internationaux en matière de carburants et de produits chimiques en concevant des méthodes biochimiques commercialement viables de production de biocarburants de la nouvelle génération et de produits chimiques issus de la biomasse lignocellulosique, notamment les résidus agricoles, les cultures énergétiques et la sylviculture.

Depuis la création de la Division de l’éthanol cellulosique en 2007, nous avons travaillé activement au développement et à la commercialisation de technologies supérieures de procédé et d’équipement pour convertir la biomasse lignocellulosique non traditionnelle en biocarburants avancés (éthanol cellulosique) et pour générer des sucres propres en vue de fabriquer des produits chimiques verts.

Les activités de recherche et de développement ont été menées aux installations de recherche de notre Centre d’excellence à Chatham, en Ontario.

Qu’est-ce que l’éthanol cellulosique?

Ce biocarburant évolué, renouvelable, entièrement biodégradable, propre, peut être produit à partir de diverses matières premières qui, autrement, deviendraient des déchets. L’ingrédient principal est la cellulose, une matière fibreuse qui représente la majeure partie de la plante sous forme de biomasse. Les matières premières sont les épis de maïs, les tiges de maïs, les copeaux de bois, les arbres et les déchets de l’industrie des pâtes et papiers. Il ne faut pas négliger la partie d’hémicellulose de ces matières premières, qui est moins importante, mais riche en sucres.

En plus de réduire les émissions polluantes des véhicules, l’éthanol cellulosique améliore les nombreux avantages environnementaux, sociétaux et économiques de l’éthanol traditionnel. Il est important de noter que l’éthanol cellulosique produit jusqu’à huit fois plus d’énergie qu’il en consomme.

Qu’est-ce qu’un produit chimique vert?

Comme il n’y a qu’une quantité limitée de pétrole, dont l’extraction devient de plus en plus complexe et coûteuse, le besoin se fait sentir à l’échelle internationale de trouver des solutions de rechange novatrices et viables aux produits chimiques à base de pétrole, aux résines et aux plastiques.

Les produits chimiques verts permettent de répondre à ce besoin puisqu’ils sont issus de sources renouvelables, telles que la biomasse cellulosique. Parmi les autres avantages, on note la diminution des gaz à effet de serre.

Autres avantages environnementaux et socioéconomiques

Parmi les autres avantages de l’éthanol cellulosique et d’autres biocarburants avancés issus de la biomasse cellulosique, citons :

  • Nouvelles possibilités pour les agriculteurs et les utilisateurs de biomasse – La production d’éthanol cellulosique à partir de déchets agricoles et forestiers comme les fibres de maïs (épis et tiges) offrira un nouveau marché aux agriculteurs, à l’industrie forestière de même qu’aux industries croissantes de l’éthanol cellulosique et des produits chimiques verts.
  • Ressources optimisées – Souvent, les déchets forestiers finissent par pourrir, libérant du méthane, un dangereux gaz à effet de serre. La production d’éthanol cellulosique permettrait d’exploiter des ressources forestières non utilisées et d’ainsi réduire les émissions de gaz à effet de serre.
  • Quantités d’eau nécessaire minimales. Selon la matière première, le procédé de production peut avoir un bilan d’eau positif.
  • Incitation à la production de cultures bioénergétiques qui offrent un meilleur environnement aux espèces sauvages. Leurs importants systèmes radiculaires augmentent la capture d’éléments nutritifs, améliorent la qualité du sol, séquestrent le carbone et réduisent l’érosion.
Culture de sorgho avec un panneau « Energy crop test plots: GreenField Ethanol is fueling the future »
Épis de maïs égrainés
Copeaux de bois
Champ de millet dressé

Le défi du prétraitement : Maximiser la récupération des sucres

Le prétraitement est la première étape, et la plus importante, dans la production d’éthanol cellulosique; il s’agit de la clé pour libérer et récupérer les sucres cellulosiques de manière viable commercialement.

Graphique représentant les trois composants de base de la biomasse lignocellulosique : C5, C6, lignine

Briser les barrières afin d’avoir accès aux sucres de la biomasse lignocellulosique représente un plus grand défi que dans le cas du maïs en raison de la matrice complexe de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine dans la biomasse cellulosique.

La biomasse lignocellulosique contient deux types de sucres (hexoses C6 et pentoses C5) alors que le maïs n’en contient qu’un (hexose C6 – amidon).

Diagramme représentant l’hémicellulose C5 (25%-35%), la cellulose C6 (40%-50%), la lignine (15%-20%)

Ainsi, un procédé de prétraitement de première classe est un des moyens de récupérer la plupart des sucres C6 et C5 dans leur forme la plus pure, sans inhibiteur, pour atteindre les meilleurs résultats en aval lors de l’hydrolyse et de la fermentation qui, à leur tour, produiront les plus grands rendements d’éthanol cellulosique ou de produits chimiques verts.

Diverses biomasses cellulosiques, chacune dans sa bouteille identifiée. De la gauche vers la droite : tiges de maïs, triticale, peuplier, sorgho, miscanthus, paille de blé, herbe des prairies
Cellulose et hémicellulose dans des bouteilles séparées et identifiées

Exemples de différentes biomasses cellulosiques (tiges de maïs, triticale, peuplier, sorgho, miscanthus, paille de blé, herbe des prairies ) et les sucres C6 et C5 obtenus grâce au système de prétraitement exclusif de GreenField.

NOUS AVONS LA SOLUTION TECHNOLOGIQUE POUR LE PRÉTRAITEMENT

Solution technologique de première classe pour le prétraitement de GreenField

Rendu 3D de la solution de prétraitement de deuxième génération de GreenField qui accepte toute biomasse avec zoom sur filtre #1 du bloc d’extrusion #2 produisant des sucres C5. Composants du système dans l’ordre : compartiment d’injection de vapeur; bloc d’extrusion #1; réacteur #1; bloc d’extrusion #2; réacteur #2

Innovation

Nous avons développé des technologies supérieures de procédé et d’équipement de prétraitement en continu basées sur une extrudeuse à deux vis fortement modifiée pour récupérer séparément le pourcentage le plus élevé de sucres C6 et C5 propres d’une grande variété de biomasses renouvelables et durables.

Notre système de prétraitement exclusif est la première étape clé de production commercialement viable d’éthanol cellulosique et d’autres produits chimiques verts.

Extrudeuse à deux vis de petite échelle

Une approche unique

La plupart des méthodes actuelles de prétraitement de la biomasse cellulosique nécessitent des produits chimiques puissants (acides ou bases) qui produisent des inhibiteurs et qui diminuent la pureté des rendements en aval.

À l’inverse, nos technologies de procédé et d’équipement de prétraitement génèrent les sucres C6 et C5 les plus purs, ce qui engendre les rendements les plus élevés en aval, de manière efficace et efficiente, sans utilisation de produits chimiques agressifs.

Les sucres C6 et C5 extraits de manière optimale peuvent être fermentés pour produire de l’éthanol cellulosique, d’autres biocarburants avancés, d’autres produits chimiques verts ou d’autres produits issus de la biomasse.

Vue extérieure de l’usine pilote de GreenField

Technologies exclusives d’équipement et de procédé

Notre système de prétraitement exclusif repose principalement sur notre extrudeuse à deux vis modifiée qui comprend des plaques de filtration novatrices. L’efficience de notre équipement de séparation solide-liquide, de lavage et de déshydratation a été prouvée.

Plan de commercialisation 2014-2015

Nous en sommes aux derniers stades du développement précommercial et nous prévoyons commercialiser notre système de prétraitement d’ici le début de l’année 2015.

En 2013, nous avons intégré la technologie d’extrudeuse à deux vis modifiée à l’usine d’essai en continu située à notre Centre d’excellenceet validé notre système de prétraitement. Nous avons ensuite exploité et optimisé les technologies de procédé et d’équipement en fonction de nos critères de rendement pendant plus d’un an.

Gros plan de la partie filtrante de notre extrudeuse à deux vis modifiée

 

Parmi les autres avantages, citons :

  • Flexibilité des matières premières renouvelables – Notre système de prétraitement accepte toute biomasse et peut produire des sucres C5 et C6 à partir d’une variété de matières premières renouvelables.
  • Flexibilité et évolutivité du système – Nous pouvons fabriquer notre système de prétraitement et l’intégrer en début d’un procédé cellulosique hôte pour fournir à ce dernier une capacité de prétraitement de première classe.
  • Viabilité commerciale – Notre système de prétraitement est à la fois efficace sur les plans technique et économique (coûts d’investissement et d’exploitation) lorsqu’on le compare à des trains d’équipement plus complexes.

Rendu 3D du système de prétraitement complet (démo)

 

Actuellement, nous sommes engagés dans l’étape précommerciale finale de fabrication et de déploiement d’un système de prétraitement à échelle de démonstration mobile (monté sur plateforme) et d’une capacité nominale accrue d’environ 5 tonnes métriques de biomasse par jour. Nous nous attendons à ce que le système soit opérationnel à l’automne 2014.

Le Système de prétraitement commercial aura la capacité flexible de traiter entre 250 et 1000 tonnes métriques de biomasse par jour.

Propriété intellectuelle

Nous tenons à protéger nos technologies exclusives d’équipement et de procédé de prétraitement et nous visons l’obtention des protections adéquates dans plusieurs pays.

Occasions de collaboration et de développement

Pour de plus amples informations au sujet des occasions de collaboration et de développement, veuillez communiquer avec :

Barry Wortzman, Q.C.
V.-p., Développement des affaires
Les Alcools de spécialité GreenField inc.
+1 (416) 304-1700 poste 8420
Barry.Wortzman@GFSA.com