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Faire de l'éthanol à partir de copeaux de bois
Des méthodes expérimentales de transformation des copeaux de bois et de l'herbe en éthanol seront bientôt testées à l'échelle de la production. Société Mascoma , basée à Cambridge, MA, construit des installations de démonstration qui auront la capacité de produire environ un demi à deux millions de gallons d'éthanol par an à partir de déchets de biomasse. La startup a récemment reçu 30 millions de dollars en capital-risque, ce qui alimente ses plans de mise à l'échelle.
Les recherches de Lee Lynd, professeur d'ingénierie au Dartmouth College et cofondateur de Mascoma Corporation, aident à réduire le coût de fabrication de l'éthanol à partir de sources cellulosiques telles que les tiges de maïs et les copeaux de bois.
Alors que Mascoma n'a pas atteint son objectif ultime d'utiliser un seul organisme génétiquement modifié pour convertir les copeaux de bois et autres matières premières cellulosiques en éthanol, la société a développé des bactéries génétiquement modifiées qui peuvent accélérer une partie du processus de production d'éthanol. Le processus optimisé est suffisamment prometteur pour investir dans la mise à l'échelle de la technologie, déclare Colin South, président de Mascoma.
Le grain de maïs, la source actuelle d'éthanol aux États-Unis, nécessite de grandes quantités de terres et d'énergie pour produire. Ceci, ainsi que la demande de maïs comme aliment, limite la quantité totale d'éthanol pouvant être produite à partir du maïs à environ 15 milliards de gallons par an, soit environ trois fois ce qui est actuellement produit. Si le carburant doit supplanter une fraction importante des 140 milliards de gallons d'essence consommés chaque année aux États-Unis, les producteurs d'éthanol devront se tourner vers la biomasse telle que les copeaux de bois et le panic raide. Ces ressources sont moins chères et potentiellement beaucoup plus abondantes, et elles peuvent être converties en éthanol beaucoup plus efficacement que le maïs car elles nécessitent moins d'énergie pour pousser (voir Redesigning Life to Make Ethanol ).
En effet, l'éthanol provenant de telles sources pourrait remplacer une très grande partie de l'essence actuellement utilisée pour les véhicules, explique Gregory Stephanopoulos, professeur de génie chimique au MIT. Il dit que certains experts estiment qu'avec des gains d'efficacité et des rendements élevés d'éthanol, toute l'essence pour le transport pourrait être remplacée ; les estimations les plus prudentes indiquent qu'environ 20 pour cent pourraient être remplacés. Dans l'espoir de capitaliser sur ce potentiel, une poignée d'entreprises, dont Célunol , à Dedham, MA; Iogène , à Ottawa, au Canada, qui possède une usine de démonstration à l'échelle et prévoit de passer à une production commerciale ; et le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), à Golden, CO–travaillent à développer une meilleure technologie pour la fabrication d'éthanol cellulosique.
Malgré son potentiel, l'éthanol cellulosique est aujourd'hui coûteux à fabriquer. Cela nécessite un équipement plus coûteux et plus d'étapes de traitement que la fabrication d'éthanol à partir de grains de maïs. Alors que le maïs et l'éthanol cellulosique sont tous deux créés par la fermentation du sucre, la conversion de l'amidon des grains de maïs en sucre est beaucoup plus facile que la conversion de la cellulose complexe en tiges de maïs ou en biomasse telle que les copeaux de bois. Pour simplifier le processus et réduire les coûts, de nombreux chercheurs espèrent finalement concevoir un seul organisme capable à la fois de décomposer la cellulose et de convertir les sucres résultants en éthanol. Mais la recherche améliore déjà certaines parties du processus. Par exemple, des chercheurs ont créé un cocktail d'enzymes pour convertir la cellulose en sucre qui est cent fois moins cher que les méthodes précédentes, explique George Douglas, porte-parole du NREL.
Mascoma se concentre sur l'amélioration des premières étapes du processus - le prétraitement des matières premières et la conversion de la cellulose en sucres - ce qui, selon South, est essentiel pour réduire les coûts. Dans l'étape de prétraitement classique, des matériaux tels que des copeaux de bois sont trempés dans une solution diluée d'acide sulfurique puis chauffés. Cela décompose les structures complexes de la lignine qui forment un bouclier autour de la cellulose, explique Charles Wyman, co-fondateur de Mascoma et professeur de génie chimique et environnemental à l'Université de Californie, à Riverside. Les recherches de Wyman ont analysé les mécanismes impliqués dans ce processus, aidant l'entreprise à optimiser cette étape. Mascoma a également développé une technologie pour améliorer la prochaine étape : décomposer la cellulose désormais accessible en sucres en utilisant des enzymes produites par des organismes. Dans la dernière partie du processus, ces sucres sont fermentés pour produire de l'éthanol.
Wyman estime que la technologie de l'entreprise pourrait produire de l'éthanol pour environ le même coût que la production d'éthanol à partir de maïs, et éventuellement pour moins d'argent. Ce serait une amélioration significative par rapport à d'autres technologies. Une analyse des coûts dans une usine pilote NREL, par exemple, suggère qu'il en coûterait plus de deux dollars le gallon pour fabriquer de l'éthanol cellulosique, soit environ le double du coût de fabrication de l'éthanol de maïs. Mais même les chercheurs du NREL sont convaincus que ce coût sera réduit de moitié et couvrira les coûts de l'éthanol de maïs d'ici six ans, a déclaré Douglas.
Cependant, il faudra encore de nombreuses années pour produire suffisamment d'éthanol pour remplacer une fraction importante de la consommation d'essence. Cela nécessitera d'améliorer encore la technologie et les processus industriels, y compris les défis liés à la gestion de grandes quantités de biomasse encombrante. Nous n'en sommes certainement pas encore là, déclare Stephanopoulos du MIT. Les procédés d'aujourd'hui sont clairement non économiques.
Mais Douglas dit que les chercheurs sont optimistes quant au fait que le financement continu et l'application de nouveaux outils rendront possible la généralisation de l'éthanol cellulosique : les voies sont assez claires.