Caractérisation chimique des fractions aromatiques issues de la dépolymérisation basique de la lignine

Abstract

Depuis 2010, le règlement canadien sur les carburants renouvelables a été mis en place afin de réduire la consommation de pétrole de source fossile en imposant une teneur d'au moins 5% en carburant renouvelable dans l'essence et de 2% de biodiesel dans le diesel disponible sur le marché. L'éthanol cellulosique représente l'une des voie envisagée ayant un fort potentiel, celui-ci pouvant être produit de différentes façons à partir de la biomasse. Une des façons d'y arriver consiste à séparer la biomasse en ses principaux composants, la cellulose (30-60%), les hémicelluloses (15-35%) et la lignine (14-35%). Les deux premières fractions sont récupérées pour la production de l'éthanol cellulosique, alors que la lignine est laissée de côté vu les défis qu'elle représente sur le plan industriel (récalcitrance aux procédés chimiques, contamination, etc.). Cependant, comme elle représente une source de carbone importante, renouvelable et peu dispendieuse, des efforts significatifs ont été déployés afin de la revaloriser. C'est dans ce but qu'un procédé de conversion de la lignine en L-fuels (Lignin derived fuels ) a été développé par le Laboratoire des Technologies de la Biomasse (LTB) et ses partenaires. Toutefois, une grande incertitude persiste quant aux mécanismes chimiques impliqués et aux sous-produits formés, freinant ainsi l'optimisation du procédé. La compréhension du point de vue chimique du procédé dans son ensemble représente donc un défi à relever et constitue l'essentiel de ce projet. Il s'agit d'une étape charnière pour la valorisation de cette macromolécule, mais aussi pour la valorisation de la biomasse dans son ensemble en vue de produire des biocarburants de seconde génération. La lignine représente un des verrous technologiques principaux de la production d'éthanol de deuxième génération. Dans un premier temps, l'un des objectifs était de parvenir à développer des outils analytiques afin d'analyser et de suivre chacune des étapes d'un procédé de conversion de la lignine, essentiellement pour la dépolymérisation basique de la lignine (BCD). D'abord, les protocoles pour la préparation des échantillons ont été développés, puis les paramètres instrumentaux ont été définis afin de séparer et analyser efficacement les molécules produites dans chaque fraction. Une méthode d'extraction des monomères phénoliques a été développée, permettant d'obtenir les résultats de quantification dans un délai très court, tout en tenant compte des critères de développement des procédés analytiques appliqués au procédé (PAT) en nécéssitant un minimum de manipulation, d'équipement et de consommable. La fraction riche en oligomères a été caractérisée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC). Des efforts ont été consacrés au couplage de la SEC à la spectrométrie de masse afin de s'affranchir d'une calibration imprécise et permettre d'obtenir les masses exactes des fragments. Finalement, un ensemble de techniques analytiqes a été développé afin d'effectuer un suivi exhaustif des produits et sous-produits obtenus par un autre procédé de dépolymérisation de la lignine, soit l'ozonolyse. Ceci a permis de valider l'efficacité et la versatilité des protocoles développés.