Production d'éthanol a partir de biomasse lignocellulosique

Abstract

Résumé -Cette étude fait le point des connaissances scientifiques et techniques dans le domaine de la production alcoolique à partir de susbstrats lignocellulosiques. Ce travail, réalisé dans le cadre d'Agrice (Agriculture pour la chimie et l'énergie), est une synthèse bibliographique qui a cherché à identifier les avancées capables de débloquer certains verrous technologiques et économiques liés à ce type de procédé. La biomasse lignocellulosique est un substrat complexe, constitué des trois principales fractions que sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Le procédé de production d'éthanol consiste à récupérer par hydrolyse le maximum de sucres issus à la fois des fractions cellulosiques et hémicellulosiques, puis de fermenter ces sucres en éthanol. Les premiers procédés d'hydrolyse utilisés étaient surtout chimiques, mais ils sont peu compétitifs à l'heure actuelle, en raison notamment du coût des réactifs et de la formation de nombreux sousproduits et de composés inhibiteurs rendant les hydrolysats peu fermentescibles. Ils sont désormais concurrencés par les procédés enzymatiques, plus spécifiques et qui permettent de meilleurs rendements d'hydrolyse dans des conditions moins sévères. Cependant, la biomasse lignocellulosique n'est pas directement accessible aux enzymes, et elle doit subir au préalable une phase de prétraitement dont l'objectif est d'améliorer la susceptibilité à l'hydrolyse enzymatique de la cellulose et éventuellement d'hydrolyser la fraction hémicellulosique en sucres monomères. Parmi les nombreuses méthodes de prétraitement qui ont été étudiées, nous en avons identifié trois répondant au mieux aux objectifs précédemment cités : le prétraitement à l'acide dilué, l'explosion à la vapeur avec utilisation d'un catalyseur, et la thermohydrolyse. Ces trois méthodes permettraient d'atteindre des rendements d'hydrolyse enzymatique de la cellulose proches de 100 %, tout en permettant un taux d'hydrolyse des hémicelluloses supérieur à 80 %, et en minimisant la formation de composés de dégradation. L'hydrolyse enzymatique doit encore être améliorée afin de réduire le coût lié à la consommation d'enzymes. Les principales voies de recherche devraient porter sur l'amélioration de l'activité des cellulases, afin de se rapprocher le plus possible de celles d'enzymes telles que les amylases. Le développement du procédé SFS (saccharification et fermentation simultanées) permet d'améliorer l'efficacité des enzymes en minimisant les réac-tions d'inhibition des enzymes par les produits formés. Son inconvénient est lié aux différences entre les tempé-ratures optimales de l'hydrolyse enzymatique et de la fermentation. La recherche de micro-organismes conservant de bonnes performances fermentaires à température élevée doit donc se poursuivre. Un autre verrou technologique du procédé concerne la fermentation alcoolique des pentoses, qui peuvent représenter jusqu'à 25 à 40 % des sucres totaux contenus dans la biomasse lignocellulosique. C'est pourquoi il est indispensable de les valoriser en éthanol. ...

Effect of controlled oxygen limitation on Candida shehatae physiology for ethanol production from xylose and glucose

“…Among the 200 species of yeast examined for the production of ethanol from xylose, Candida shehatae and Pichia stipitis present the best performances in terms of yield and productivity [37]. Those two yeasts have been studied for ethanol production [11,3,28,2]. One of the best performances was obtained with C. shehatae in fed-batch culture with xylose [12]: an ethanol concentration of 44 g l -1 was reached with a yield of 0.34 g g -1 .…”

Analysis of pectin mutants and natural accessions of Arabidopsis highlights the impact of de-methyl-esterified homogalacturonan on tissue saccharification

“…A key step in the bioconversion of lignocellulosic biomass is saccharification, that is, the degradation of the plant cell wall polysaccharides into soluble sugars that can be used by microorganisms for fermentation. Currently, enzymatic hydrolysis is the most promising and environmentally friendly technology available for saccharification [3]. However, a major bottleneck for the industrial implementation of biomass utilization is the natural recalcitrance of the plant cell walls to enzymatic hydrolysis [4].…”

Rheology of Lignocellulose Suspensions and Impact of Hydrolysis: A Review

“…1 Various configurations of biologically mediated processing steps during the biocatalytic conversion of lignocellulose and highlight on hydrolysis step with and without interaction with cell cultures. Abbreviations: separate hydrolysis and fermentation (SHF), separate hydrolysis and co-fermentation (SHCF), simultaneous saccharification and fermentation (SSF), simultaneous saccharification and co-fermentation (SSCF), and consolidated bioprocessing (CBP) conditions [3]. An enzyme-based process can be divided into four principal steps ( Fig.…”