La lignine, une molécule d intérêt issue du bioraffinage lignocellulosique. Dr Aurore Richel Université de Liège Gembloux Agro-Bio Tech (Belgium)

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1 La lignine, une molécule d intérêt issue du bioraffinage lignocellulosique Dr Aurore Richel Université de Liège Gembloux Agro-Bio Tech (Belgium)

2 Plan de l exposé 1. Contexte : bioraffinage de 2 ème génération 2. Structure moléculaire de la lignine 3. Quelles sont les opportunités de valorisation potentielles? Me H Me Me H H Me H Lignine H H Lignine H H Me H

3 Contexte: bioraffinage lignocellulosique

4 Contexte Bioraffinage 2 ème génération Valorisation optimale de la biomasse lignocellulosique Lignocellulose «Transformations» Biocarburants (EtH) Molécules plateformes (chimie) Spécialités Haute valeur ajoutée

5 Bioraffinage de 2 ème génération Richel, Chimie Nouvelle, ct Cellulose (%) Hémicelluloses Lignine (%) (%) Miscanthus Paille de blé Chanvre Peuplier Epicéa

6 Bioraffinage de 2 ème génération 1 Tonne??? Kg L Faible valeur ajoutée - additif alimentation animale - combustion (27-29 MJ.kg -1 vs. 14 MJ.kg -1 pour la cellulose)

7 Structure moléculaire de la lignine

8 Structure moléculaire de la lignine Classe de molécules biosourcées très complexes Plantes vasculaires Lignine Hémicellulose Imprègne les parois des cellules des tissus lignifiés Cohésion, résistance (mécanique ) Fibrilles de cellulose Richel, Paquot, 2011

9 Structure moléculaire de la lignine Lignine native S G S G Modèle d une lignine native de peuplier

10 Structure moléculaire de la lignine Lignine native: variabilité S/G/H Nature et % liaisons éthers et carbone-carbone Nature des bouts de chaînes Epicéa Miscanthus x.giganteus Majoritairement G --4,, et -5 S/G/H = 50/40/ et -5

11 Structure moléculaire de la lignine Lignines «techniques» Lignocellulose Cellulose, hémicelluloses Lignine Prétraitement : altération de la structure de la lignine native Rupture sélective de certaines liaisons Masse moléculaire < lignine native Prétraitement structure/propriétés

12 Structure moléculaire de la lignine Lignines «techniques» Exemple: lignines «techniques» de Miscanthus x.giganteus ph acide Conditions basiques H 5 Me 4-5 bond --4' bond H H Guaiacyl unit H Cinnamyl alcohol end-group H Me Syringyl unit Me H Me Me Me Ammonia lignin Coumarate ester FAL-107 Vanderghem, Richel, Jacquet, Blecker, Paquot Polym. Deg. Stab. 2011, 96,

13 Quelles opportunités de valorisation?

14 pportunités de valorisation Lignines techniques Grande variabilité Complexité H phénoliques et aliphatiques T g : C g.mol -1 ( g.mol -1 pour des lignines papetières: séquestrants, dispersants, synthèse de la vanilline, liants, etc.) Richel, Chimie Nouvelle 2012 Pureté? Coloration? Faible solubilité

15 pportunités de valorisation Department of Energy (US) 2007 Screening des opportunités de valorisation Degré de difficulté technique Marché Risques du marché Potentiel comme building block ou molécule plateforme Mélange Nouvelles molécules vs. «drop-in» Court terme: énergie, carburants, gaz de synthèse Moyen terme: macromolécules Long terme: aromatiques, monomères divers

16 pportunités de valorisation SHRT TERM Process heat MeH/DME Green fuels olefins Fischer-Tropsch fuels Eth, propanol, butanol Pyrolysis oils Reformulated gasolines MEDIUM TERM Carbon fibers Polymer fillers Thermoset resins Formaldehyde-free resins Adhesives and binders LNG TERM BTX chemicals Phenols Monomeric lignin molecules Low molecular weight byproducts Fermentation products Quinones

17 pportunités de valorisation Applications comme polyélectrolytes, matériaux polymères et additifs Développement de nouveaux procédés chimiques et catalytiques Compréhension de la réactivité relation avec la source végétale et le procédé Projet DEXPLIMAR GreenWin ( )

18 pportunités de valorisation Production de dérivés aromatiques Développement de nouveaux procédés de «dépolymérisation» non sélective, rupture C-C et C-, catalyseurs très actifs

19 pportunités de valorisation Et à Gembloux Agro-Bio Tech? Bioraffinage de 2 ème génération Influence de la matière première (et variabilité) et du prétraitement sur la structure et les propriétés des lignines (approche expérimentale et modélisation) Valorisation à moyen et long terme: secteur des polymères et aromatiques

20 Conclusions Molécules complexes Grande variabilité (structures, propriétés) Relation entre le prétraitement et la structure Pistes de valorisation à: Court terme: énergie Moyen terme: polymères Long terme: aromatiques

21 Dr. A. Richel Unité de Chimie Biologique Industrielle Université de Liège-Gembloux Agro-Bio Tech