Intensification de la brique « fermentation alcoolique » de substrats betteraviers (et autres substrats) pour la production d’éthanol

Optimization of ethanol production in high gravity fermentation of sugar beet substrate

• Auteur / Autrice : Julien Riess
• Direction : Patricia Taillandier, Claire Joannis-Cassan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance le 09/11/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agriculture

Fermentation

Alcool (combustible)

Bioéthanol

Mots clés libres

Ethanol

Betterave sucrière

Sirop basse pureté

Fermentation haute densité

Saccharomyces cerevisiae

Ethanol

Sugar beet

Low purity syrup

High gravity fermentation

Saccharomyces cerevisiae

Résumé

L'éthanol est un composé à usages très variés allant de la chimie à l'agroalimentaire. Cependant, la croissance actuelle du marché se fait essentiellement autour de l'utilisation de l'éthanol en tant que carburant. L'objectif de ce projet est d'intensifier la production d'éthanol à partir du sirop basse pureté, produit de la seconde cristallisation des jus d'extraction de betterave, afin de diminuer les consommations en énergie et en eau pour la production d'éthanol. Pour ce faire, en partenariat avec l'UNGDA et l'ADEME, nous avons mené des travaux de recherche sur les fermentations à haute densité afin d'obtenir des vins à teneur plus élevée en éthanol. A l'issu d'un état de l'art et de quatre visites dans des ateliers de production, une stratégie de recherche en trois points a été établie. Le premier point a consisté en la recherche d'une composition de milieu de fermentation permettant d'augmenter la concentration finale en éthanol. Le second point a eu pour but de déterminer si les besoins en nutriments se limitaient uniquement à la phase de croissance ou au contraire si l'apport de ces nutriments était bénéfique tout au long de la fermentation. Le dernier point a quant à lui utilisé l'ensemble des résultats obtenus pour définir une conduite de procédé, permettant d'obtenir la concentration finale en éthanol la plus élevée possible. Ces résultats montrent qu'il est possible de réaliser des fermentations haute densité à partir de sirop basse pureté et d'obtenir 15,2 % (v/v) d'éthanol en fin de fermentation. L'application de ces travaux dans les ateliers de production permettrait d'économiser par litre d'éthanol pur, entre 20 et 30 % d'énergie pour la distillation, entre 35 et 49 % d'eau pour la réalisation des milieux de fermentation à partir de SBP et de diminuer de 23 à 38 % le volume de déchet produit après distillation.

Ethanol is a compound with a wide usage range from chemistry to food. However, the current market growth mainly concerns the use of ethanol as fuel. The objective of this project was to intensify ethanol production from low purity syrup 2, which is a substrate from sugar beet, in order to reduce the consumptions of energy and water for its production. To do this, in partnership with UNGDA and ADEME, we have conducted research on high-gravity fermentations in order to increase the ethanol concentration at the end of the fermentation. With the coming of a state of the art and four visits in production facilities, a three points research strategy has been established. The first point consisted of fermentation medium composition finding in order to increase the final ethanol concentration at the end of the fermentation. The second point was to determine if the nutrients requirements were limited only during the growth phase or, on the contrary, if nutriments were beneficial throughout the fermentation. The latter point was to use the overall results to define a fermentation process, to obtain a final ethanol concentration as high as possible. These results show that it is possible to achieve high gravity fermentation from low purity syrup and reach a final ethanol concentration of 15.2 % (v/v). The application of this work in production facilities could save per liter of pure ethanol between 20 and 30% energy for distillation, between 35 and 49 % water for the production of fermentation media from SBP and decrease from 23 to 38 % of the volume of waste produced after distillation.