OCTOBRE 2014 UNE SOLUTION INNOVANTE ET COMPÉTITIVE POUR CRÉER DE LA VALEUR DANS L INDUSTRIE DU BIOÉTHANOL 2G

OCTOBRE 2014 UNE SOLUTION INNOVANTE ET COMPÉTITIVE POUR CRÉER DE LA VALEUR DANS L INDUSTRIE DU BIOÉTHANOL 2G

BIOCARBURANTS 2G LES ENJEUX INDUSTRIELS Optimiser le rendement Maximiser la conversion de matière première en sucres Maximiser l assimilation des différents sucres Transformer les sucres simples en éthanol avec une bonne productivité Minimiser les coûts Limiter l utilisation d enzymes (qui représentent jusqu à 30% du coût de revient) Réduire les consommations énergétiques Réduire le nombre d étapes de conversion et ainsi l investissement en équipements Disposer d un procédé versatile S adapter aux différents types de matière première S adapter aux différents types de prétraitement 2

BIOCARBURANTS 2 G 4 ÉTAPES POUR TRANSFORMER LA BIOMASSE EN ÉTHANOL 1 PRÉTRAITEMENT 2 HYDROLYSE 3 FERMENTATION ALCOOLIQUE 4 DISTILLATION Processus - chimique, thermique ou mécanique - de séparation des 3 principales composantes de la biomasse : Cellulose et hémicellulose : sucres complexes Lignine, matière non fermentescible qui sera éliminée du processus et valorisée comme combustible Processus de décomposition des sucres complexes en sucres simples fermentescibles, par ajout d enzymes : Sucres à 6 atomes de carbone (C6) issus de l hydrolyse de la cellulose : glucose, galactose, mannose, Sucres à 5 atomes de carbone (C5) issus de l hydrolyse de l hémicellulose : xylose, arabinose, Processus biologique de transformation des sucres simples en éthanol, par l action de levures ou bactéries. Les procédés actuels agissent seulement sur une partie des sucres, en particulier le glucose et successivement le xylose. Processus de séparation par chauffage, permettant de produire de l éthanol concentré. 3

LE PROCÉDÉ «2-EN-1» DEINOL UNE RÉELLE VALEUR AJOUTÉE AU PROCÉDÉ INDUSTRIEL 1 2 + 3 4 Température optimale de fonctionnement 48 C (vs ~30 C) Economies d énergie Economies sur la quantité d enzymes utilisée (-30%) Prévention des contaminations => Réduction des coûts opérationnels 4

LE PROCÉDÉ DEINOL UN ASSEMBLAGE PROGRESSIF DE BRIQUES TECHNOLOGIQUES Mise à l échelle (m 3 ) sur biomasse industrielle Etape 1 - Substrats industriels - Echelle pré-industrielle Digestion de la biomasse lignocellulosique Assimilation des différents sucres de la biomasse Résistance à la toxicité liée au prétraitement Etape 2 - Substrats industriels - Echelle laboratoire Maîtrise génétique des souches Assimilation glucose (C6) Coassimilation glucose (C6) et xylose (C5) Production d éthanol Mise à l échelle laboratoire (de 500 ml à 20 L) Etape 3 - Substrats modèles - Echelle laboratoire 5

LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL MAÎTRISE GÉNÉTIQUE DES SOUCHES Etape 1 Développement d une version personnalisée du logiciel CAD4Bio qui donne à DEINOVE les moyens de construire rapidement des souches de Deinococcus sur mesure DEINOVE dispose désormais d une plateforme automatisée unique, qui permet de fabriquer le Déinocoque idéal pour chaque procédé de production, et pour le substrat de chaque partenaire et client potentiels. => Productivité => Qualité => Traçabilité 6

Sucres consommés g Xylose consommé g Glucose consommé g LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL ASSIMILATION SIMULTANÉE DES C6 ET C5 Les levures transforment prioritairement le glucose (C6) en éthanol et n assimile le xylose (C5) que quand elles ont épuisé le glucose (phénomène de «diauxie»). Les bactéries Déinocoques assimilent en même temps tous les types de sucres. Meilleure productivité Meilleur rendement 6000 5000 4000 3000 2000 1000 6000 500 400 300 200 100 Etape 1 0 24 48 72 96 120 144 168 192 Time h 6000 0 0 24 48 72 96 120 144 168 192 5000 Time h 4000 3000 2000 1000 0 0 24 48 72 96 120 144 168 192 Temps (h) 7

LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL PRODUCTION D ÉTHANOL Ethanol à 9 % : Une performance inégalée en fermentation bactérienne Etape 1 9% Productivité élevée : 2 g / L / h Rendement de conversion significatif : 0,43 g d éthanol / g de sucre (théorique : 0,51) 3% Conditions de l expérience Fermenteur : 20 L Substrat modèle : glucose Milieu de culture minéral 2008 2012 2014 8

LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL Etape 2 DIGESTION DE LA BIOMASSE LIGNOCELLULOSIQUE Les procédés existants utilisent des enzymes pour hydrolyser la cellulose et l hémicellulose en sucres simples => 20% à 30% du coût de revient total Le Deinococcus produit naturellement certaines de ces enzymes et permet ainsi un apport moindre en enzymes commerciales. => Réduction des coûts Papier de composition lignocellulosique A gauche : pas de bactéries dans le tube A droite : action du Deinococcus le papier est digéré 9

C5 C6 Etape 2 LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL ASSIMILATION DES DIFFÉRENTS SUCRES DE LA BIOMASSE L assimilation d un maximum des sucres présents dans la biomasse est essentielle pour optimiser le ratio éthanol/biomasse. Plusieurs sucres C5 ne sont pas assimilés par les procédés actuels, notamment l arabinose => Baisse de rendement Les bactéries Déinocoques sont capables d assimiler tous les sucres de la biomasse. => Rendement accru Sucres assimilés par Deinococcus Glucose Galactose Mannose Fructose Xylose Arabinose 10

g/l g/l g/l LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL ASSIMILATION D OLIGOMÈRES Etape 2 Les oligomères sont des petits fragments de cellulose et d hémicellulose, constitués de quelques molécules de sucres simples. Le Déinocoque a la capacité unique d assimiler les oligomères. => Réduction de la quantité d enzymes commerciales utilisées => Rendement accru 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 CELLOBIOSE : assemblage de 2 molécules de glucose 10 20 30 40 50 60 70 Temps (h) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 CELLOTRIOSE : 3 molécules de glucose 16 14 12 10 8 6 4 2 10 20 30 40 50 60 70 0 80 Temps (h) 0 10 CELLOTETRAOSE : 4 molécules de glucose 20 30 40 50 60 70 Temps (h) 11

Etape 2 LES AVANCÉES DU PROCÉDÉ DEINOL RÉSISTANCE À LA TOXICITÉ DES SUBSTRATS INDUSTRIELS Le prétraitement libère des molécules habituellement toxiques pour le microorganisme procédant à la fermentation => inhibiteurs ralentissant le procédé. Les Déinocoques optimisés peuvent supporter des concentrations toxiques supérieures. => Rendement et productivité accrus IC 50 (g/l) 5-HMF Furfural Aldéhyde E. coli 26 3 5 S. cerevisiae 18 1 3 D. Radiodurans R1 D. Geothermalis MX6-1E 93 20 14 104 42 12 12

LES ÉTAPES EN COURS ADAPTATION À DIFFÉRENTS SUBSTRATS / PRÉTRAITEMENTS La technologie a été initialement mise au point sur des substrats modèles : Substrats simples : glucose, xylose, Etape 2 Le passage à des substrats industriels a été initié et commence à faire ses preuves : Substrats d origines diverses (de différents partenaires industriels) : résidus agricoles, résidus forestiers, déchets organiques ménagers Différents types de prétraitements : acides, basiques, thermiques 13

LES PROCHAINES ÉTAPES MISE À L ÉCHELLE PRÉ-INDUSTRIELLE X 10 X 10 Etape 3 Fermenteur 1-2 L Fermenteur 20 L Fermenteur 200-300 L Fermenteur 3-5 m 3 X 10 14

LES PROCHAINES ÉTAPES INDUSTRIALISATION AVEC NOS PARTENAIRES [ ] Producteur leader de bioéthanol : 3 milliards de L / an Implantations Europe, Brésil, USA Une usine commerciale opérationnelle de biocarburant 2G Assure la collecte des déchets de 52 millions de personnes Implanté sur les 5 continents 15