L’exploitation de plantes africaines sous-utilisées et de déchets agricoles pour la production de biocarburants

Ce projet démontrera que les biocarburants peuvent être durables en évaluant le potentiel de conversion de diverses biomasses non comestibles (par exemple, des plantes sous-utilisées) en biodiesel. En outre, le projet visera la production de produits chimiques à haute valeur ajoutée à partir de cette biomasse non comestible.

 

 

Résumé

Malgré le grand potentiel des biocarburants produits à partir de végétaux non alimentaires, il existe encore des lacunes extrêmement importantes dans la compréhension de leur applicabilité en Afrique. Actuellement, les biocarburants sont en grande partie produits à partir d’huiles alimentaires, ce qui constitue une menace réelle pour la sécurité alimentaire (concurrence entre denrées alimentaires et carburants).

L’objectif de ce projet est d’utiliser des huiles végétales provenant de plantes peu ou pas utilisées, sélectionnées pour la production de biocarburants. Nous produirons également des catalyseurs hétérogènes à faible coût et issus de la biomasse, en utilisant des déchets agricoles spécifiques contenant une quantité importante d’oxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux. L’emploi de ces catalyseurs permettra de réduire l’utilisation des catalyseurs homogènes conventionnels qui se sont révélés inefficaces. D’autre part, le biodiesel s’oxyde pendant le stockage à long terme, ce qui rend l’ajout d’antioxydants inévitable. L’instabilité du biodiesel est l’un des principaux obstacles à sa commercialisation. Les antioxydants naturels extraits des plantes et des déchets agricoles à forte teneur en composés phénoliques sont de plus en plus prisés par les chercheurs ces dernières années. En effet, les antioxydants de synthèse actuellement utilisés pour améliorer la stabilité des biodiesels sont coûteux.

En outre, en raison des mauvaises propriétés d’écoulement à froid et de l’instabilité du biodiesel face à l’oxydation, l’amélioration catalytique des esters d’acides gras par cétonisation et condensation aldolique est un domaine de recherche très porteur, en visant l’amélioration des propriétés des carburants de type diesel ou en ciblant des produits de grande valeur ajoutée tels que le carburant pour avions. Dans ce projet, nous avons l’intention de changer le statut de certaines plantes sous-utilisées et de certains déchets agricoles en Afrique. Leur statut passera de déchets à ressources pour la production de biodiesels, de catalyseurs hétérogènes à faible coût, d’antioxydants naturels et de biocarburants améliorés par catalyse.

 

Dispositif expérimental proposé (procédé de transestérification, purification du biodiesel/ester méthylique et mesures de stabilité)
L’oxydation du biodiesel commence par l’élimination de l’hydrogène d’un atome de carbone pour produire un radical libre de carbone. En présence d’oxygène diatomique, la réaction qui s’ensuit pour former un radical peroxy est extrêmement rapide. Le radical libre peroxy n’est pas aussi réactif que le radical libre carbone, mais il est suffisamment réactif pour extraire rapidement l’hydrogène d’un carbone et former un autre radical carbone et un hydroperoxyde (ROOH). Le nouveau radical libre de carbone peut alors réagir avec l’oxygène diatomique pour continuer le cycle de propagation. Cette réaction en chaîne se termine lorsque deux radicaux libres réagissent entre eux pour donner des produits stables comme des aldéhydes, des acides carboxyliques à chaîne courte et des sédiments.
Chimie détaillée des acides gras mixtes et de l’acide acétique pendant la transformation en une seule étape en alcanes et en aromatiques sur Cu/ZrO2 en présence de H2.

Mots-clés: Plantes sous-utilisées, Déchets agricoles, Biodiesels, Antioxydants naturels, Biocarburants améliorés par catalyse

Responsables de la recherche

Thomas Kivevele

Thomas Kivevele est titulaire d’un doctorat et d’une maîtrise en génie mécanique de l’Université de technologie de Tshwane, en Afrique du Sud, avec une spécialisation en énergie thermique pour le doctorat et en bioénergie pour la maîtrise. Il est également titulaire d’une licence en génie électromécanique de l’université de Dar Es Salaam, en Tanzanie. Il a reçu une bourse Fulbright en 2018 pour mener des recherches sur les biocarburants à l’université Baylor, TX, États-Unis.

Thomas Kivevele a dirigé cinq projets financés par l’Académie mondiale des sciences, la Commission tanzanienne pour la science et la technologie, l’Agence internationale de l’énergie atomique, Erasmus+ de l’Union européenne et le Fonds régional de bourses d’études et d’innovation PASET.

Thomas travaille actuellement comme maître de conférences à la School of Materials, Energy, Water and Environmental Sciences (MEWES), Nelson Mandela African Institution of Science and Technology (NM-AIST), Arusha – Tanzanie.

Jeremy Luterbacher

Jeremy Luterbacher a obtenu un master en génie chimique de l’EPFL en 2007. Pendant son master, il a passé une année en tant que chercheur invité au MIT, travaillant sur la gazéification hydrothermale de la biomasse dans le laboratoire du Pr. Jeff Tester. Jeremy est ensuite parti à l’université de Cornell pour poursuivre des études doctorales dans le laboratoire du Pr. Larry Walker. À Cornell, Jeremy a travaillé sur le prétraitement et l’hydrolyse enzymatique de la biomasse. Il a reçu le prix Austin Hooey Graduate Research Excellence Recognition du département de génie chimique et biomoléculaire de Cornell.

Après avoir obtenu son doctorat, Jeremy a rejoint l’université du Wisconsin-Madison en tant que chercheur postdoctoral du Fonds national suisse de la recherche scientifique. Il y a travaillé pendant deux ans sur la dépolymérisation chimique de la biomasse assistée par solvant et le reformage catalytique en phase aqueuse sous la supervision du Pr. Jim Dumesic. En 2014, Jeremy est revenu à l’EPFL en tant que Professeur assistant tenure track et Directeur du laboratoire de traitement durable et catalytique.