Production de biobutanol à partir de lignocellulose : un nouveau procédé thermochimique

Biobutanol production from lignocellulose : A new thermochemical procedure

• Auteur / Autrice : Maricelly Martinez Aguilar
• Direction : Ange Nzihou, Jean-Michel Lavoie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 17/06/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Michèle Heitz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ange Nzihou, Jean-Michel Lavoie, José Luis Sanchez, Bruna Rêgo de Vasconcelos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michèle Heitz, José Luis Sanchez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Butanol

Hydrogénation

Pyrolyse

Hydrolyse

Biomasse

Cellulose

Mots clés libres

Cellulose

Biomasse lignocellulosique

Hydrolyse

Pyrolyse

Hydrogénation

Biobutanol

Cellulose

Lignocellulosic biomass

Hydrolysis

Pyrolysis

Hydrogenation

Biobutanol

Résumé

La demande d'énergie au cours des dernières années a augmenté et un grand pourcentage de l'énergie est dérivée des combustibles fossiles, mais l'utilisation de ces carburants a généré des émissions de CO2 et de la pollution environnementale. Pour ce problème, on a mené des recherches sur l'utilisation des énergies alternatives à partir de biomasse lignocellulosique pour produire des carburants qui réduisent les émissions de CO2. Le Canada est un pays avec une abondance de résidus lignocellulosiques qui sont une source pour la production de différents produits chimiques. La première partie de l’étude se concentre sur l’étude cinétique de la production du lévulinate de méthyle et de l’acide lévulinique à partir de la cellulose avec un catalyseur homogène (H2SO4). La deuxième partie porte sur la conversion de la cellulose en lévulinates (molécule plateforme) en utilisant un catalyseur homogène (H2SO4) et un catalyseur solide (Al2(SO4)3). La troisième partie se consacre sur l’étude de l’hydrolyse du lévulinate de méthyle en acide lévulinique en utilisant des catalyseurs à base de cuivre. Des techniques d’analyse tels que le SEM, XRD, TPX ont été utilisés pour étudier les catalyseurs supportés et comprendre leur effet sur la réaction. La quatrième partie du projet porte sur l’étude des résultats obtenus des différentes réactions réalisées pour la production du 2-butanol à partir de la biomasse lignocellulosique en passant par la production du lévulinate de méthyle et de l’acide lévulinique qui sont des molécules plateforme et potentiellement substitutes au biodiesel. Par la suite, l’acide lévulinique est décarboxylé en 2-butanone et le dernier est réduit en 2-butanol en utilisant des catalyseurs bifonctionnels (tels que le Ru / C et le Pt / C) en conditions douces. L’ensemble de ces travaux contribuent à la compréhension des réactions du nouveau procédé de production du butanol.

In the last years, the energy demand has increased and a large pourcentage of this energy is obtained from fossil fuels, but the use of these fuels has generated CO2 emissions and environmental pollution. For this reason, this research was focused on the use of alternative energies from lignocellulosic biomass to produce renewal fuels decreasing CO2 gas emissions. Canada is a country with high quantities of lignocellulosic biomass which can represent a cheap source for the high value added molecules and fuels production. The first part of the study focuses on the kinetic study of the production of methyl levulinate and levulinic acid from cellulose with a homogeneous catalyst (H2SO4). The second part study the conversion of cellulose to levulinates (platform molecule) using a homogeneous catalyst and a heterogeneous catalyst (Al2(SO4)3). The third part is devoted to study the hydrolysis of methyl levulinate to levulinic acid using copper-based catalysts. Analytical techniques such as SEM, XRD, TPX were used to study the supported catalysts and understand their effect on the reaction. The fourth part of the project relates to the study of the production of 2-butanol from lignocellulosic biomass through the production of methyl levulinate and levulinic acid which are platform molecules and potentially substitutes for biodiesel. Thereafter, the levulinic acid is decarboxylated to 2-butanone and the latter is reduced to 2-butanol using bifunctional catalysts (such as Ru/C and Pt/C) under mild conditions. All of this work contributes to understanding the reactions of the new butanol production process.