Bioraffinerie : l’Irstea développe un pilote pour valoriser les biodéchets

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Pilote d’électrosynthèse microbienne mis au point lors du projet Biorare (c)Irstea

L’Institut national de recherche en sciences et technologies pour l’environnement et l’agriculture (Irstea) a présenté les résultats du projet collaboratif de R&D Biorare mené en coopération avec l’Inra, le CNRS et le groupe Suez. Ce programme a été initié en 2011 dans le cadre de l’appel à projets Bioressources et Biotechnologies du programme des investissements d’avenir en 2010. Il a pour objectif de développer un concept technologique de rupture de production de molécules plateformes pour la chimie verte. « Biorare a pour ambition de développer la bioraffinerie environnementale à l’aide d’une technologie de rupture : l’électrosynthèse microbienne. Issue de travaux de chercheurs américains de 2010, cette technologie a pour principe d’utiliser des cultures de microorganismes électroactifs pour produire des composés d’intérêt », explique Théodore Bouchez, chercheur à l’Irstea et coordinateur du projet Biorare.

Une innovation pour valoriser les déchets organiques

Si le concept d’électrosynthèse microbienne a vu le jour outre-Atlantique, les partenaires du projet Biorare ont eu l’idée d’utiliser la méthode pour convertir des biodéchets alimentaires. Après plus de cinq années, les chercheurs sont parvenus à mettre au point un pilote de ce système bioélectrochimique à deux compartiments, similaire à une batterie, séparés par une membrane. Ce système de maturité industrielle TRL4, comprend un premier compartiment alimenté en hydrolysat de biodéchets, et qui contient une anode sur laquelle un mix de microorganismes de fermentation et d’autres électroactifs sont interfacés. L’autre compartiment du système se compose d’une biocathode sur laquelle des microorganismes électrotrophes et autotrophes sont fixés et alimentés en CO2. En présence d’électrons, les organismes de la biocathode sont capables de produire des molécules d’intérêt telles que de l’acide acétique, de l’acide formique. « Nous travaillons également à identifier une souche bactérienne qui servirait à produire de l’acide succinique », indique Théodore Bouchez. Avant de poursuivre : « A plus long terme, il est également envisageable d’obtenir d’autres types d’acides carboxyliques, des acides gras des alcools et même des esters ». En outre, le fait que les bactéries soient électrotrophes permet de mieux contrôler leur activité métabolique via le dispositif électrique. « Le rendement de production de molécules d’intérêt par électrosynthèse microbienne est potentiellement très élevé, compris entre 90 à 100 % », affirme Théodore Bouchez. De plus, grâce à l’apport d’énergie chimique contenue et libérée par les déchets, le procédé permet de gagner un facteur minimum de 2,5 sur l’énergie consommée.

Une technologie à intégrer à la méthanisation

Le concept technologique de Biorare pourrait très bien se fondre dans les installations existantes de méthanisation. En effet, ces unités approvisionnées en biodéchets sont en mesure d’obtenir de l’hydrolysat, et du CO2 (issu de la purification de biogaz). Selon un scénario imaginé par les équipes de recherche, une installation de méthanisation traitant 50 000 tonnes de biodéchets pourrait permettre de produire 3 900 t d’acide formique ou 1 300 t d’acide acétique ou encore 1 400 t d’acide succinique. Mais il reste encore du travail pour parvenir à une unité d’électrosynthèse microbienne de taille industrielle, comme le précise Théodore Bouchez : « Il faudrait 3 à 5 ans pour mettre au point un pilote semi-industriel en ayant ciblé une molécule et un marché. Et cinq années supplémentaires seraient nécessaires pour parvenir à un démonstrateur et une unité industrielle ».

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