Biocarburants. Illustration: shutterstock

Les plantes nous donnent de la nourriture, de l’ombre et du décor et contribuent grandement à notre qualité de vie. Cependant, lors de l’utilisation de la végétation, une grande quantité de déchets est générée, qu’il s’agisse des restes d’arbres dans les villes ou de parties de plante qui ne sont pas nécessaires à l’agriculture. Ces méthodes de traitement des déchets sont loin d’être idéales et, dans de nombreux cas, causent des dommages à l’environnement. Une nouvelle étude israélienne présente un moyen novateur d’exploiter les résidus de plantes, notamment de les transformer à partir de déchets inutilisés en un des produits les plus recherchés: le carburant pour véhicules.

« En Israël, 330 000 tonnes de déchets de plantes agricoles sont produites chaque année », explique le docteur Yoram Gershman, du département de biologie et environnement de l’université d’Haifa-Oranim, qui a dirigé la nouvelle étude. « Aujourd’hui, les agriculteurs brûlent principalement des déchets pour ne pas gaspiller de l’argent. Dans d’autres cas, des agriculteurs ont vendu des déchets pour produire du charbon de bois dans l’Autorité palestinienne, où le processus est en cours, générant une pollution atmosphérique très importante.

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La nouvelle étude a examiné la possibilité d’utiliser des déchets pour fabriquer de l’éthanol: l’alcool auquel nous sommes habitués à partir de boissons alcoolisées, qui peut également être utilisé comme biocarburant. L’un des avantages de l’utilisation du bioéthanol, et des biocarburants en général, est la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles: charbon, pétrole et gaz naturel, dont les réserves s’épuisent sans régénération, et que leur utilisation crée de grandes émissions de gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone).

Toutefois, les avis sur l’efficacité environnementale de l’éthanol sont partagés et les lacunes ne manquent pas. L’inconvénient est la nécessité d’utiliser les terres agricoles à des fins autres que alimentaires: dans d’autres pays, les céréales et autres plantes comestibles (principalement le maïs et la canne à sucre) sont cultivées spécialement pour la production d’éthanol, ce qui exacerbe la pénurie alimentaire mondiale et augmente son prix. En Israël, où il est nécessaire d’importer la grande majorité des céréales consommées, il n’y a pas d’industrie de l’éthanol aujourd’hui. L’utilisation des déchets végétaux, en revanche, permettra la production d’éthanol sans les déchets des zones agricoles. « L’objectif est de récupérer les déchets de l’usine, qui existent dans tous les cas, et de les transformer en carburant au lieu d’essayer de les éliminer », explique Gershman.

L’un des avantages de l’utilisation du bioéthanol, et des biocarburants en général, réside dans la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles: charbon, pétrole et gaz naturel, dont les réserves sont épuisées sans être régénérées et dont l’utilisation génère de grandes émissions de gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone).

Une barrière physique à la production d’éthanol

Les matières végétales sont composées de trois composants: la cellulose (cellulose), le méthanol et la lignine, avec la cellulose, qui représente environ 50 à 38% de la composition des déchets agricoles, ce qui est important pour la production d’éthanol. Pour ce faire, dissoudre la cellulose dans les sucres, les fermenter avec de la levure et distiller l’éthanol à partir du mélange obtenu.

La principale difficulté dans la production d’éthanol réside dans la lignine, l’ingrédient qui lie les composants de la plante les uns aux autres et leur donne de la rigidité. La lignine est une barrière physique pour les enzymes – les protéines qui accélèrent la décomposition de la cellulose en sucres – elle se lie à ces enzymes et inhibe ainsi leur action.

Par conséquent, afin de produire de l’éthanol à partir de matières végétales, il est nécessaire d’éliminer la lignine, en utilisant un prétraitement complexe et coûteux. Dans des pays tels que les États-Unis, l’éthanol est produit dans de grandes usines spécialisées dans certaines cultures (comme le maïs). Ces usines reçoivent d’énormes quantités de déchets agricoles provenant des vastes champs du pays et fonctionnent 24 heures sur 24, de sorte qu’une activité intensive rend rentable l’investissement dans le traitement préalable à Lignin. L’agriculture israélienne, par contre, est très différente de l’américaine: les champs agricoles en Israël sont beaucoup plus petits et beaucoup plus diversifiés. Par conséquent, la possibilité de grandes usines d’éthanol supportant une croissance spécifique n’est pas pertinente pour Israël.

Simple, propre et efficace

La nouvelle étude a été menée en coopération avec le professeur Hadas Maman de l’Université de Tel Aviv, avec la participation des étudiants Roy Peretz et Jan Rosen, et financée par le scientifique en chef du ministère de la Protection de l’environnement. L’étude a examiné la possibilité de prétraiter la lignine avec de l’ozone: le même gaz que nous connaissons de la couche d’ozone et composé de trois atomes d’oxygène. L’ozone peut être produit à partir de l’air dans le cadre d’un processus simple, utilisant un appareil portable relativement petit, appelé ozone, sans utiliser d’acides dangereux (comme l’exigent d’autres procédés). Lors du traitement préliminaire, les chercheurs ont examiné, appelé ozone, le supplément d’ozone destiné aux déchets agricoles dans l’eau. L’ozone crée un hydroxyde radical (les radicaux libres sont des molécules ou des atomes très actifs qui tendent à détruire les liaisons stables existant dans d’autres molécules). Ce radical se caractérise par sa capacité à s’oxyder du niveau le plus élevé à la décomposition des polluants organiques d’une part et à sa courte durée de vie d’autre part à se dissoudre rapidement dans l’eau. Par conséquent, une quantité négligeable de déchets toxiques (le cas échéant) est créée dans le processus, contrairement aux traitements actuels.

Au cours de l’étude, les chercheurs ont examiné l’effet du processus d’ozone sur l’acide gazeux et l’acide tannique, deux substances qui imitent les propriétés de la lignine (où l’acide tanique est un inhibiteur connu des enzymes de la cellulose), ainsi que sur une taille urbaine (principalement des résidus d’arbres). Ils ont constaté qu’une courte ozonation élimine la lignine de façon magnifique et améliore considérablement la capacité de production d’éthanol à partir de matières végétales.

Une petite usine dans un container

Selon Gershman, les petites dimensions de l’équipement requis et le faible coût de la méthode permettront son exécution sans la nécessité de construire une grande installation. « Nous pouvons assembler un petit ballon dans un ou deux conteneurs et le déposer au sol », dit-il. « Au lieu de conduire les déchets, nous dirigerons l’usine. » La simplicité du procédé permettra de modifier facilement ses paramètres en fonction de la culture spécifique et de traiter ainsi une grande variété de déchets végétaux.

Il existe maintenant des moteurs de véhicules fonctionnant à l’éthanol, mais même un moteur à essence ordinaire peut fonctionner normalement lorsqu’il est alimenté avec un carburant contenant jusqu’à 10% d’éthanol. Selon Gershman, sur les 330 000 tonnes de déchets agricoles produits chaque année en Israël, il sera possible de produire suffisamment d’éthanol pour convertir l’ensemble du marché du transport israélien à 10% d’éthanol.

Gershman et son équipe étudient actuellement les effets de l’ozone sur de grandes quantités de déchets agricoles, afin d’appliquer le processus à grande échelle. Pour ce faire, ils ont bien sûr besoin d’un financement. « Ce n’est pas une somme énorme », résume Gershman. « Ainsi, nous pouvons emporter un demi-conteneur ou un conteneur, voyager avec lui pendant un mois dans la vallée de Jezreel ou dans la vallée de Hula, collecter les déchets et examiner et résoudre les problèmes qui se poseront en temps réel. »