BIORARE, électrosynthètiser des biocarburants à partir de déchets organiques

Le projet BIORARE, porté par le Cemagref et ses partenaires, a été retenu au titre de l’appel à projet « Biotechnologies et Bioressources » des Investissements d’Avenir. Financé à hauteur de 2,2 millions €, BIORARE propose une technologie innovante pour utiliser la biomasse, issue des déchets organiques comme ressource renouvelable en remplacement des produits pétroliers, notamment pour la chimie et les carburants.

Le bâtiment du Cemagref à Antony, porteur du projet

Parmi les 5 lauréats retenus sur les 17 projets présentés, figure le projet BIORARE porté par les chercheurs du Cemagref associés à leurs collègues de l’INRA de Narbonne, et du Laboratoire de Génie chimique de Toulouse (UMR CNRS-INPT-UPS) en partenariat avec Suez Environnement.

BIORARE repose sur une technologie radicalement innovante, l’électro-synthèse microbienne, qui permet la valorisation des déchets organiques, produits en grande quantité par notre société, en biocarburants et en molécules pour la chimie verte. La collaboration avec Suez Environnement permettra de passer rapidement de la phase de recherche fondamentale à la phase d’industrialisation.

Le projet présente également la particularité d’intégrer une phase d’évaluation environnementale, ainsi qu’une étude du contexte réglementaire et de l’acceptabilité sociétale des bioproduits formés en amont des choix de développement industriel.

Objectif du projet

BIORARE repose sur une technologie radicalement innovante : l’électrosynthèse microbienne. Le principe consiste à alimenter l’activité de microbes (bactéries) et la production des molécules organiques directement avec de l’électricité.
Cette découverte ouvre la voie à une application technologique fascinante : la production directe de carburant et de produits chimiques à partir d’électricité renouvelable et de CO2.
Le projet BIORARE met ainsi en œuvre un système bioélectrochimique (BES) à électrosynthèse microbienne couplé à une unité existante de digestion anaérobie de déchets solides productrice d’énergie (électricité et chaleur).
L’objectif est de profiter de l’existence d’installations industrielles de digestion anaérobie en vue de :

  • détourner une partie d’hydrolysat de déchets vers des compartiments anodiques du BES, pour servir de donneurs d’électrons,
  • avoir une arrivée concentrée de CO2 d’origine renouvelable pour l’électrosynthèse microbienne provenant du processus de digestion anaérobie, afin de produire un cortège de molécules à destination de la chimie verte et/ou du marché de biocarburants,
  • disposer d’un apport complémentaire de puissance à partir d’énergie renouvelable, en utilisant l’électricité et la chaleur provenant des moteurs de valorisation du biogaz.

Composantes scientifiques et technologiques

L’utilisation de l’électrosynthèse microbienne pour le raffinage des déchets organiques présente en effet des avantages déterminants:

  • l’oxydation des déchets peut être physiquement séparée de la synthèse des produits chimiques d’origine biologique, ce qui rend la récupération des biomolécules réaliste,
  • l’électrosynthèse microbienne offre la possibilité de contrôler et de réguler le potentiel de cathode, offrant ainsi de nouvelles possibilités d’orienter les processus métaboliques microbiens.

Principe d’un système bioélectrochimique

Enjeux

Les produits chimiques et les carburants liquides sont actuellement produits presque exclusivement à partir de ressources fossiles. En réduisant nos émissions de gaz à effet de serre, la production à partir de ressources renouvelables (biomolécules pour la chimie verte) pourra contribuer de façon importante à la réduction de notre impact sur l’environnement et de notre dépendance vis-à-vis des ressources fossiles non renouvelables.
La durabilité de ces bioproduits est cependant très liée au choix du type de biomasse utilisée pour les synthétiser. Ce choix peut avoir des répercussions importantes pour la production alimentaire ainsi que pour la détermination de la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, l’utilisation des déchets organiques pour obtenir des produits chimiques d’origine biologique représente une option attrayante en raison d’une économie élevée de ressources fossiles, du faible coût de la matière première et de sa forte disponibilité.
La conversion de déchets organiques en d’autres biomolécules (pour la chimie verte) est actuellement dans une phase de recherche exploratoire, les déchets organiques constituant en effet une matrice complexe, hétérogène et variable dans le temps. Les caractéristiques de cette matrice limitent leur potentiel de valorisation. Toutefois, ces limitations pourraient être largement levées, à condition de mobiliser de nouvelles technologies de conversion, ce qui est l’objet et l’objectif du projet BIORARE.

Source CEMAGREF, Paris, le 25 février 2011