Simplification du procédé de fabrication du bio-butanol

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Biobutanol, photo AIST

Au Japon, une équipe de chercheurs de l’Institut National des Sciences et des Techniques Industrielles Avancées (AIST) a développé une technique de raffinage du bio-butanol qui permet d’obtenir une solution concentrée à 82% (pourcentage massique) et ainsi de réduire considérablement la quantité d’énergie totale consommée lors du processus de déshydratation du butanol.

Le bio-butanol (1-butanol – C4H10O) est un alcool qui pourrait devenir un des carburants liquides de prochaine génération, en remplacement des produits pétroliers actuellement utilisés. Il est fabriqué à partir de la fermentation des sucres présents en grande quantité dans la biomasse cellulosique (bois). Il possède en outre un pouvoir calorifique (34 MJ/kg) supérieur à celui de l’éthanol (C2H5OH – 27 MJ/kg), un autre biocarburant dont le développement des techniques de production sont plus avancées.

La fermentation sous l’action de bactéries produit une solution aqueuse de butanol faiblement concentrée (entre 0,5 et 1,5% de butanol). En effet, lorsque la concentration augmente, les bactéries « s’endorment » et la production s’arrête. Il est donc nécessaire de séparer le butanol de l’eau pour obtenir une solution de butanol concentré.

La distillation constitue une technique simple pour extraire le butanol. Cependant, l’énergie nécessaire pour obtenir une solution concentrée à 99,9% à partir d’une solution concentrée à 1% est de 37 MJ/kg de butanol, soit 3 MJ/kg de plus que le pouvoir calorifique du butanol. L’opération est donc inintéressante, puisqu’elle consomme plus d’énergie que ne pourra fournir la combustion du carburant ainsi produit.

La solution alternative actuellement à l’étude est la séparation par pervaporation [1] à travers une membrane en gomme de silicium incrustée ou non de poudre de silicalite. Cette méthode permet d’obtenir une solution concentrée à 37% (gomme non incrustée) ou 53% (gomme incrustée) à partir d’une solution à 1%. La solution est de nouveau pervaporée jusqu’à obtention d’une solution fortement concentrée de butanol. Or, lorsque la concentration du butanol est inférieure à 80%, la solution se sépare naturellement en deux phases liquides superposées, l’une (inférieure) contenant 8% de butanol, l’autre (supérieure) 80% de butanol. Ces deux phases doivent donc être traitées différemment, ce qui complique le procédé (figure 1).

Pour résoudre ce problème, l’AIST a développé une nouvelle membrane de séparation en silicalite enrobée de gomme de silicium qui permet d’obtenir dès la première étape une solution concentrée à 82%, en une seule phase (figure 2). L’énergie totale nécessaire à la production de butanol pure est donc réduite à 4,3 MJ/kg de butanol (13% du pouvoir calorifique du butanol), ce qui représente une réduction de 50% et 70% par rapport aux procédés qui utilisent respectivement une gomme de silicium incrustée et non incrustée de poudre de silicalite.

[1] Vaporisation par passage à travers une membrane.

Origine : BE Japon numéro 558 (10/12/2010) – Ambassade de France au Japon / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/65321.htm


Frédéric DOUARD

Frédéric DOUARD : rédacteur en chef du magazine Bioénergie International, animateur du Portail francophone des bioénergies. Pour me contacter : fdouard arobase bioenergie-promotion.fr

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