Développement de résidus de biomasse durables pour des applications de biocarburants

May 12, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14248 (2023) Citer cet article

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Une compréhension globale des propriétés physicochimiques, du comportement de dégradation thermique et de la composition chimique est importante pour les résidus de biomasse avant leur conversion thermochimique pour la production d'énergie. Dans cette enquête, les résidus de paille de teff (TS), de balle de café (CH), d'épis de maïs (CC) et de tige de sorgho sucré (SSS) ont été caractérisés pour évaluer leurs applications potentielles en tant que produits bioénergétiques et chimiques à valeur ajoutée. Le comportement de dégradation thermique des échantillons CC, CH, TS et SSS est calculé en utilisant quatre vitesses de chauffage différentes. Les valeurs d'énergie d'activation allaient de 81,919 à 262,238 et 85,737 à 212,349 kJ mol−1 et ont été générées par les modèles KAS et FWO et ont aidé à comprendre le processus de conversion de la biomasse en bioproduits. Les teneurs en cellulose, hémicellulose et lignine des CC, CH, TS et SSS se situaient respectivement entre 31,56 et 41,15 %, 23,9 et 32,02 % et 19,85 et 25,07 %. Les valeurs calorifiques des résidus variaient entre 17,3 et 19,7 MJ/kg, comparables à la biomasse brute. Les micrographies électroniques à balayage ont révélé des textures agglomérées, irrégulières et rugueuses, avec des lignes parallèles fournissant des voies de transport des nutriments et de l'eau dans tous les échantillons de biomasse. Les spectres de rayons X à dispersion d'énergie et l'analyse par diffraction des rayons X ont indiqué la présence d'un matériau à haute teneur en carbone et d'une nature cristalline. L'analyse FTIR a identifié des pics de bande importants à des nombres d'ondes spécifiques. Sur la base de ces résultats, on peut conclure que ces résidus présentent un potentiel en tant que sources d'énergie pour diverses applications, telles que les industries du textile, des plastiques, des peintures, de l'automobile et des additifs alimentaires.

En raison de la croissance démographique et de la forte demande énergétique qui en résulte, ainsi que des préoccupations environnementales, les agences gouvernementales et non gouvernementales exigent une plus grande responsabilité environnementale en matière d’extraction de produits chimiques, de carburants et d’énergie. Les biocarburants et les produits chimiques obtenus à partir de sources renouvelables sont essentiels pour répondre à la demande énergétique mondiale et réduire la dépendance aux combustibles fossiles. L’accessibilité, l’utilisation et la rentabilité de l’énergie jouent un rôle important dans l’expansion du développement dans le monde1,2. Les résidus agricoles et les biomasses non nutritionnelles ont un potentiel important pour la production d'énergie après le charbon, le gaz naturel et le pétrole3,4,5,6. Par conséquent, les bioprocédés peuvent fournir de multiples produits de type énergétique et renforcer la bioéconomie circulaire7,8. Les biocarburants abordent les problèmes environnementaux, la sécurité énergétique et les avantages socio-économiques afin de réduire la dépendance aux combustibles fossiles pour le développement durable9. La biohuile obtenue à partir de la biomasse lignocellulosique devrait jouer un rôle important dans la future production de carburant car elle possède une densité énergétique plus élevée que la biomasse10,11,12. Pour la durabilité de la production de biocarburants, la bioénergie est liée à l’idée d’une économie circulaire holistique à l’échelle mondiale. Les bioprocédés impliquent le traitement, la sélection et la conversion de matières premières en produits à valeur ajoutée tels que la bioénergie et les produits chimiques. Elliot13 a révélé que les produits chimiques obtenus à partir du processus bioénergétique sont utilisés dans diverses applications telles que les industries textiles, les plastiques, les peintures, les automobiles et les additifs alimentaires. La biomasse fait largement référence aux résidus forestiers et agricoles, les matières premières les plus favorables en raison de leur pouvoir calorifique, de leur faible coût et de leur disponibilité14. Les résidus de biomasse peuvent être transformés en vecteurs d'énergie par des voies de conversion biochimiques ou thermochimiques15,16,17.

Les résidus de paille de teff (TS), de balle de café (CH), d'épi de maïs (CC) et de tige de sorgho sucré (SSS) sont des déchets agricoles obtenus à partir de la transformation du teff, du maïs, du sorgho sucré et du café, comme le montre la figure 1. Teff La paille [Eragrostis tef (Zuccagni.) Trotter], connue localement sous le nom de ch'ed, est dérivée du grain de teff, que l'on trouve principalement en Érythrée, dans le nord du Kenya et en Éthiopie18. Il comprend 25 % de grains de teff et 75 % de paille de teff, avec une production annuelle de 4,3 millions et 13 millions de tonnes, respectivement19,20. La paille de teff est considérée comme un fourrage nutritif pour les ruminants par rapport aux autres céréales21,22.