La bioconversion de la biomasse en carburants à base d’alcool mixte peut être réalisée à l’aide du procédé MixAlco. Grâce à la bioconversion de la biomasse en un carburant à base d’alcool mixte, la biomasse produira plus d’énergie sous forme de carburant liquide que pour la conversion de la biomasse en éthanol par fermentation de levure.

Le procédé fait appel à une méthode biologique / chimique pour convertir tout matériau biodégradable (par exemple, les déchets urbains, tels que les déchets solides urbains, les déchets biodégradables et les boues d’épuration, les résidus agricoles tels que les tiges de maïs, la bagasse de la canne à sucre, les déchets de coton, le fumier). produits chimiques, tels que acides carboxyliques (acides acétique, propionique, butyrique, par exemple), cétones (acétone, méthyléthylcétone, diéthylcétone, par exemple) et biocarburants, tels que mélanges d’alcools primaires (éthanol, propanol, n-butanol) ) et / ou un mélange d’alcools secondaires (par exemple, l’isopropanol, le 2-butanol, le 3-pentanol). En raison des nombreux produits pouvant être fabriqués de manière économique, ce processus est une véritable bioraffinerie.

Le processus utilise une culture mixte de microorganismes naturels trouvés dans des habitats naturels tels que le rumen de bovins, les intestins de termites et les marécages marins et terrestres pour digérer de manière anaérobie la biomasse en un mélange d’acides carboxyliques produits aux stades acidogène et acétogène de la digestion anaérobie. cependant avec l’inhibition du stade final méthanogène. Les méthodes les plus populaires de production d’éthanol et d’éthanol cellulosique utilisent des enzymes qui doivent d’abord être isolées pour être ajoutées à la biomasse et convertissent ainsi l’amidon ou la cellulose en sucres simples, suivies d’une fermentation de la levure en éthanol. Ce processus n’a pas besoin d’ajouter de telles enzymes car ces micro-organismes s’appliquent.

Comme les micro-organismes digèrent de manière anaérobie la biomasse et la convertissent en un mélange d’acides carboxyliques, le pH doit être contrôlé. Cela se fait par addition d’un agent tampon (par exemple, bicarbonate d’ammonium, carbonate de calcium), donnant ainsi un mélange de sels de carboxylate. La méthanogénèse, stade final naturel de la digestion anaérobie, est inhibée par la présence des ions ammonium ou par l’ajout d’un inhibiteur (par exemple, l’iodoforme). Le bouillon de fermentation résultant contient les sels de carboxylate produits qui doivent être déshydratés. Ceci est réalisé efficacement par évaporation par compression de vapeur. Un raffinage chimique supplémentaire du bouillon de fermentation déshydraté peut ensuite avoir lieu en fonction du produit chimique final ou du biocarburant final souhaité.

L’eau distillée condensée du système d’évaporation à compression de vapeur est recyclée dans la fermentation. En revanche, si des eaux usées brutes ou d’autres eaux usées à DBO élevée nécessitant un traitement sont utilisées pour la fermentation, l’eau distillée condensée résultant de l’évaporation peut être renvoyée vers la ville ou vers la source initiale de -BOD eaux usées. Ainsi, ce processus peut également servir d’installation de traitement de l’eau tout en produisant des produits chimiques ou des biocarburants de valeur.

Du fait que le système utilise une culture mixte de micro-organismes et ne nécessite aucune addition d’enzyme, la fermentation ne requiert aucune stérilité ni aucune condition d’asepsie, ce qui rend cette étape préliminaire du processus plus économique que les méthodes plus courantes de production d’éthanol cellulosique. Ces économies réalisées au début du processus, là où les volumes sont importants, permettent une plus grande flexibilité lors des transformations chimiques ultérieures après la déshydratation, lorsque les volumes sont faibles.

Acides carboxyliques
Les acides carboxyliques peuvent être régénérés à partir des sels de carboxylate en utilisant un processus connu sous le nom de « relargage acide ». Ce procédé utilise une amine tertiaire de haut poids moléculaire (par exemple, la trioctylamine) qui est commutée avec le cation (par exemple, l’ammonium ou le calcium). Le carboxylate d’aminé résultant peut ensuite être décomposé thermiquement en l’aminé elle-même, qui est recyclée, et l’acide carboxylique correspondant. De cette manière, théoriquement, aucun produit chimique n’est consommé ni aucun déchet produit au cours de cette étape.

Cétones
Il existe deux méthodes pour fabriquer des cétones. Le premier consiste à convertir thermiquement les sels de carboxylate de calcium en cétones correspondantes. C’était une méthode courante de fabrication d’acétone à partir d’acétate de calcium pendant la Première Guerre mondiale. L’autre méthode de fabrication de cétones consiste à convertir les acides carboxyliques vaporisés sur un lit catalytique en oxyde de zirconium.

Alcools
Alcools primaires
Le résidu non digéré de la fermentation peut être utilisé en gazéification pour produire de l’hydrogène (H2). Ce H2 peut ensuite être utilisé pour hydrogénolyser les esters sur un catalyseur (chromite de cuivre, par exemple), qui est obtenu en estérifiant les sels de carboxylate d’ammonium (acétate, propionate, butyrate d’ammonium) ou les acides carboxyliques (acides acétique, propionique, etc.). , acide butyrique) avec un alcool de haut poids moléculaire (par exemple, hexanol, heptanol). À partir de l’hydrogénolyse, les produits finaux sont l’alcool de poids moléculaire élevé, qui est recyclé dans l’estérification, et les alcools primaires correspondants (par exemple, l’éthanol, le propanol, le butanol).

Alcools secondaires
Les alcools secondaires (par exemple l’isopropanol, le 2-butanol, le 3-pentanol) sont obtenus en hydrogénant sur un catalyseur (par exemple le nickel de Raney) les cétones correspondantes (par exemple l’acétone, la méthyléthylcétone, la diéthylcétone).

Biocarburants Drop-in
Les alcools primaires ou secondaires obtenus de la manière décrite ci-dessus peuvent être convertis en biocarburants instantanés, carburants compatibles avec l’infrastructure actuelle des combustibles fossiles, tels que le biogaz, le diesel vert et les biocarburants. Ceci est effectué en soumettant les alcools à une déshydratation suivie d’une oligomérisation en utilisant des catalyseurs à base de zéolite d’une manière similaire au procédé methanex, qui produisait de l’essence à partir de méthanol en Nouvelle-Zélande.

Acide acétique versus éthanol
Les usines de fabrication d’éthanol cellulosique sont forcément des exportateurs nets d’électricité, car une grande partie de la biomasse lignocellulosique, à savoir la lignine, reste non digérée et doit être brûlée, produisant ainsi de l’électricité pour l’usine et un surplus d’électricité pour le réseau. À mesure que le marché se développe et que cette technologie se généralise, il sera de plus en plus difficile de coupler les marchés du combustible liquide et de l’électricité.

Contrairement à l’éthanol, l’acide acétique est produit biologiquement à partir de sucres simples sans production de dioxyde de carbone:

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 2 CH ₃ CH ₂ OH + 2 CO ₂
(Production biologique d’éthanol)

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 3 CH ₃ COOH
(Production biologique d’acide acétique)

De ce fait, sur une base massique, les rendements seront supérieurs à ceux de la fermentation à l’éthanol. Si ensuite, le résidu non digéré (principalement la lignine) est utilisé pour produire de l’hydrogène par gazéification, il est garanti que davantage d’énergie de la biomasse finira par devenir des combustibles liquides plutôt que des excès de chaleur / électricité.

3 CH ₃ COOH + 6 H ₂ → 3 CH ₃ CH ₂ OH + 3 H ₂ O
(Hydrogénation de l’acide acétique)

C ₆ H ₁₂ O ₆ (à partir de cellulose) + 6 H ₂ (à partir de lignine) → 3 CH ₃ CH ₂ OH + 3 H ₂ O
(Réaction globale)
Vous trouverez une description plus détaillée de l’économie de chacun des carburants dans les pages Carburant à l’alcool et à l’éthanol. Vous trouverez plus d’informations sur l’économie de divers systèmes à la page centrale des biocarburants.

Stade de développement
Le système est en développement depuis 1991 et est passé de l’échelle du laboratoire (10 g / jour) à l’échelle pilote (200 lb / jour) en 2001. Une petite usine de démonstration (5 tonnes / jour) a été construite. en service et une usine de démonstration de 220 tonnes / jour est prévue pour 2012.