02.09.2022 - Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

Adhésifs verts à base de lactosérum

Nouveau procédé d'obtention d'acétate d'éthyle de valeur

En collaboration avec l'Université technique de Dresde, les chercheurs de Fraunhofer ont mis au point un procédé permettant d'obtenir de l'acétate d'éthyle précieux et très pur à partir du lactosérum. Celui-ci peut être utilisé, par exemple, pour produire des adhésifs respectueux de l'environnement, remplaçant ainsi l'acétate d'éthyle conventionnel extrait de matières premières fossiles. Il élimine également la nécessité d'une élimination coûteuse de la mélasse produite lors du traitement du lactosérum.

Chaque jour, l'industrie laitière produit de grandes quantités de lactosérum en tant que sous-produit. Rien qu'en Allemagne, cela représente 12,6 millions de tonnes par an. Pour chaque kilogramme de fromage, par exemple, 9 kilogrammes de lactosérum sont produits. Une partie de ce produit est ensuite transformée, par exemple en boissons à base de lactosérum avec des additifs aux fruits ou d'autres boissons mixtes. Le lactose et les protéines contenus dans le lactosérum peuvent également être séparés et utilisés d'autres manières, par exemple comme matière première dans les produits pharmaceutiques ou dans les aliments pour bébés. Cependant, une fois que les protéines et le lactose ont été séparés, il reste de la mélasse. L'élimination de cette substance est très compliquée et coûteuse, en raison de sa teneur relativement élevée en sel.

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer des technologies et systèmes céramiques IKTS de Hermsdorf, en collaboration avec l'Université technique de Dresde, ont mis au point un procédé permettant d'extraire de la mélasse le précieux acétate d'éthyle, un solvant incolore. L'acétate d'éthyle est souvent utilisé dans la fabrication d'adhésifs, d'encres d'imprimerie ou de vernis. Il peut également être utilisé pour nettoyer des surfaces.

Jusqu'à présent, l'acétate d'éthyle était produit à partir de gaz naturel et de dérivés du pétrole. La production d'acétate d'éthyle à partir de lactosérum, en revanche, donne un produit nettement supérieur aux solvants nocifs pour l'environnement en raison de sa facilité de dégradation microbienne et de son indépendance vis-à-vis des fluctuations de prix du gaz naturel et du pétrole brut. Autre avantage : le procédé développé par la TU Dresden et Fraunhofer IKTS rend inutile l'élimination coûteuse des mélasses. L'acétate d'éthyle séparé offre une pureté élevée de 97,5 % et peut donc être utilisé immédiatement comme matière première sans autre étape de traitement.

Fermentation de la mélasse et séparation dans la membrane

En principe, le processus de séparation est simple. Tout d'abord, la mélasse est fermentée dans un bioréacteur, qui est ventilé pour permettre des conditions aérobies. La réaction forme un mélange gaz-vapeur qui contient de l'acétate d'éthyle. Celui-ci est ensuite séparé à l'aide de membranes composites spéciales. "Il reste un mélange de gaz et de vapeur d'eau comme déchet, qui peut être rejeté dans l'environnement sans problème", explique Marcus Weyd, responsable du groupe Technologie et modélisation des processus membranaires.

Lors de la mise au point de la membrane, les chercheurs du Fraunhofer IKTS ont mis à profit leurs décennies d'expertise dans le domaine des matériaux, et plus particulièrement dans celui des technologies membranaires. La membrane composite, qui a été spécialement développée pour le procédé, consiste en une combinaison de polymères et de particules inorganiques à base de zéolite. "Nous utilisons du caoutchouc de silicone liquide comme polymère. Celui-ci est mélangé à de la zéolite (silicalite-1), appliqué sur un voile de polyester de support et durci. La membrane n'a qu'une épaisseur totale de 10 µm et la taille des pores est de 0,5 nm", explique le Dr Thomas Hoyer, spécialiste des membranes et nanocomposites à base de zéolite.

Même si la membrane est dotée de pores, le processus de séparation proprement dit, au cours duquel l'acétate d'éthyle est séparé, ne fonctionne pas comme un tamis. Au contraire, l'effet de séparation des gaz est créé par les interactions entre la zéolite et l'acétate d'éthyle. "Les molécules sont adsorbées par la zéolite, glissent le long des surfaces des pores, ce qui les fait diffuser à travers la membrane composite", explique le Dr Hoyer. Il n'est pas non plus nécessaire d'appliquer une pression élevée pour "forcer" l'acétate d'éthyle à traverser la membrane. "La création d'une certaine différence de pression partielle est suffisante pour déclencher la réaction chimique et la diffusion qui s'ensuit."

Recherché : utilisations possibles de la mélasse

L'idée est née d'une initiative de la TU Dresden, qui cherchait des moyens d'utiliser la mélasse et s'est adressée au Fraunhofer IKTS pour obtenir de l'aide. L'équipe de la TU s'est occupée du processus de fermentation, tandis que l'équipe de Fraunhofer était chargée de développer et d'optimiser la technologie des membranes.

"Nous avons réussi à produire une membrane très avancée avec des pores extrêmement petits grâce à un processus relativement simple et rentable", résume le Dr Weyd. Pour les entreprises industrielles, le fait que le processus de séparation des gaz ne comporte qu'une seule étape et ne nécessite donc qu'un petit nombre de modules de membrane et de contrôle constitue un avantage pratique. Une fois que les paramètres de la fermentation et de la séparation des gaz sont correctement configurés, le processus de séparation fonctionne de manière autonome et stable.

Le prochain objectif des chercheurs est de réduire la taille des modules de membrane afin de rendre la technologie disponible pour une utilisation industrielle. Cette technologie a d'autres applications que la simple extraction de l'acétate d'éthyle de la mélasse : Elle peut être utilisée dans tout processus nécessitant la séparation de mélanges gazeux ou la filtration de composants volatils tels que les hydrocarbures.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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