Dans le cadre d’une avancée majeure vers une fermentation industrielle durable, une équipe de chercheurs de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas a dévoilé des avancées pionnières dans la purification de l’isopropanol et de l’acétone issus de la fermentation des gaz résiduaires. L’étudepublié dans le Journal de technologie chimique et de biotechnologieintroduit de nouveaux processus qui promettent d’améliorer l’efficacité et la viabilité de la production à grande échelle.
L’isopropanol et l’acétone représentent un marché mondial combiné de 10 milliards de dollars. Les deux produits chimiques sont d’importants solvants industriels, et l’isopropanol a également des applications importantes en tant qu’ingrédient pharmaceutique en raison de sa faible toxicité. La production conventionnelle repose sur des méthodes dépendantes du carbone fossile, qui deviennent de moins en moins favorables à mesure que des réglementations environnementales plus strictes sont mises en place.
Bouleverser la production conventionnelle
Un processus de fabrication prometteur et plus durable implique le recyclage des gaz résiduaires industriels et du gaz de synthèse (un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène pouvant être produit à partir de biodéchets) à l’aide de bactéries modifiées. Notamment, LanzaTech, une société de biotechnologie basée aux États-Unis qui n’est pas liée aux recherches de la TU Delft, teste actuellement cette méthode de fermentation du gaz de synthèse pour produire de l’isopropanol et de l’acétone.
Un obstacle potentiel à la mise à l’échelle de cette technologie se situe au stade de la purification du produit ; les limitations de la méthode de fermentation signifient que les concentrations de produit sont faibles, ce qui donne un bouillon de fermentation très dilué.
Anton A. Kiss, professeur de génie chimique et de biotechnologie à la TU Delft et auteur correspondant de l’étude, a expliqué : « Le défi consiste à éliminer une grande quantité d’eau par kilogramme de produit, sans coûts énergétiques élevés. en déterminant les conditions de fonctionnement optimales qui ont permis une récupération significative de la chaleur du procédé.
Processus en aval très efficaces
L’équipe s’est concentrée sur deux options pour la récupération initiale de l’isopropanol et de l’acétone : la distillation sous vide et la distillation directe.
« La distillation sous vide a été étudiée comme méthode classique pouvant être utilisée pour la récupération des produits de fermentation volatils, tandis que la distillation directe est une nouvelle méthode de séparation qui n’a jamais été mise en œuvre dans des mélanges complexes », a expliqué Kiss. Il a noté que la méthode de distillation directe ne nécessite pas l’utilisation d’une réfrigération coûteuse, ce qui est nécessaire pour la distillation sous vide.
Grâce à la conception réussie de procédés à l’échelle industrielle, de l’isopropanol et de l’acétone de haute pureté ont été obtenus avec des taux de récupération supérieurs à 99,2 %. La recherche a révélé que tous les procédés proposés sont hautement compétitifs en termes de coût et d’impact environnemental. En envisageant l’intégration de ces processus dans les installations industrielles, Kiss a déclaré : « En raison des différences possibles dans la disponibilité des services d’électricité et de chauffage, la conception optimale du processus doit être choisie en fonction de l’emplacement exact de l’usine. »
Ouvrir la voie à une fermentation industrielle durable
Les nouveaux procédés de récupération de l’isopropanol et de l’acétone présentés dans cette recherche marquent une avancée significative dans la fermentation industrielle durable. L’équipe se tourne désormais vers la purification d’autres produits chimiques de grande valeur.
Kiss a expliqué : « Nous concevons des processus de récupération de divers produits chimiques volatils à partir du bouillon de fermentation, afin de trouver des règles générales de conception. Nous travaillons sur des collaborations dans le cadre desquelles nous pouvons transférer nos connaissances aux entreprises capables de mettre en œuvre ces conceptions dans l’industrie. »
Plus d’information:
Tamara Janković et al, Purification avancée de l’isopropanol et de l’acétone issus de la fermentation du gaz de synthèse, Journal de technologie chimique et de biotechnologie (2023). DOI : 10.1002/jctb.7576
Fourni par la Société de l’industrie chimique