Biolub
Intensification d’un procédé de production de biolubrifiant (à partir de moutarde indienne)
Abondement 2020
Le besoin initial
L’exploitation intelligente de la biomasse constitue un enjeu important sur les plans environnemental, économique et social. La moutarde indienne, variété voisine du colza, peut être cultivée facilement dans des endroits chauds et secs où toute autre culture est difficile. De plus, elle peut être utilisée dans des systèmes de cultures rotatives pour la biofumigation des sols, tout en pouvant exploiter les diverses parties de la plante pour d’autres applications (graines, tiges et farine pour la production respective d’huile, d’adsorbants et de glucosinolates d’intérêt médical). En outre, certains déchets comme les huiles alimentaires usagées restent faiblement exploités. La fabrication d’un produit à haute valeur ajoutée à partir de telles ressources permettrait de réduire la dépendance aux combustibles fossiles, d’avoir un impact positif sur l’environnement et de créer de nouvelles filières de production circulaires. La fabrication de biolubrifiants en est une illustration.
Le verrou à lever
Les lubrifiants sont produits essentiellement à partir d’huiles minérales et sont donc polluants pour l’environnement (eau et sol). Les voies de production des biolubrifiants proposées dans la littérature induisent des coûts et des temps de réaction élevés.
Les moyens R&D mis en oeuvre
La voie de production de biolubrifiants proposée dans ce projet à partir d’une huile organique s’effectue par transestérification catalytique en 2 étapes. La première convertit l’huile avec l’éthanol pour former les esters éthyliques. La seconde convertit les esters éthyliques avec un alcool ramifié à plus longue chaine (e.g. 2-éthyl-1- hexanol) pour aboutir au biolubrifiant. Le catalyseur retenu est le carbonate de potassium (K2CO3) car il peut être préparé à partir des cendres de biomasse (tiges et racines de moutarde indienne ou autres résidus). Soluble dans les alcools légers, K2CO3 devra être déposé sur silice pour jouer le rôle de catalyseur hétérogène durant la synthèse des esters éthyliques, mais pourra être utilisé tel quel pour la synthèse des biolubrifiants. La nouveauté du projet réside essentiellement dans la configuration choisie pour le pilote de distillation présentant plusieurs zones réactives (cuve parfaitement agitée/bouilleur et colonne en partie) et opérant en catalyse hétérogène K2CO3 sous pression réduite. Cette intensification vise un gain important en termes de matière et d’énergie consommées et d’effluents produits. Par ailleurs, la synthèse de biolubrifiants par transestérification avec K2CO3 préparé à partir de résidus de biomasse (moutarde indienne) n’a jamais été réalisée en partant d’esters éthyliques et conduit à une alternative satisfaisant aux concepts de bioraffinerie et d’économie circulaire vertes pour une usine du futur en phase avec le monde agricole.
Les perspectives de partenariats
Le pilote de distillation réactive sous pression réduite a été livré par la société PIGNAT (fournisseur expert d’équipements R&D en génie des précédés) en quasi-totalité en décembre 2020 pour une mise en service en juillet 2021. Les expériences préliminaires de production de biolubrifiants par transestérification catalytique en 2 étapes à l’échelle du laboratoire ont été menées avec succès avec l’huile de graine de moutarde indienne en catalyse homogène (KOH), avec purification par voie sèche sur adsorbant préparé à partir des tiges de la plante elle-même.
