Menthol durable issu d'un sous-produit de l'industrie du papier
Potentiel de remplacement de la synthèse à base de pétrole
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La fabrication du papier génère des quantités considérables d'essence de térébenthine, qui étaient jusqu'à présent principalement brûlées pour produire de l'énergie. Un projet de recherche de l'université technique de Cologne vient de mettre au point une nouvelle voie de synthèse permettant d'obtenir du menthol pour l'industrie pharmaceutique, alimentaire et cosmétique. Cela pourrait remplacer à long terme le menthol synthétique à base de pétrole utilisé jusqu'à présent.
"L'essence de térébenthine est produite pendant la fabrication du papier, lorsque les fibres de bois sont bouillies. Rien qu'au siège de notre partenaire UPM Kymmene, cela représente plusieurs dizaines de milliers de tonnes par an, qui sont ensuite recyclées thermiquement ou transformées en biodiesel. Dans notre réflexion sur les utilisations alternatives, nous nous sommes concentrés sur le composé chimique 3-carène, qui représente environ 30 pour cent de l'huile et à partir duquel il est possible de produire du menthol. L'un des grands défis est de séparer l'huile en ses composants", explique le chef de projet, le professeur Matthias Eisenacher de la faculté des sciences appliquées de l'université technique de Cologne.
Colonne de séparation et nanofiltration
Pour extraire le 3-carène de l'essence de térébenthine, les partenaires du projet ont construit sur le campus de Deutz une colonne de séparation d'environ huit mètres de haut à l'échelle du centre technique. Tous les éléments ont été fabriqués sur mesure dans l'atelier de l'université technique de Cologne. "Dans notre installation a lieu ce que l'on appelle la rectification ; un procédé de séparation thermique qui sépare les composants du liquide en fonction de leur point d'ébullition. Cela est particulièrement difficile dans le cas de l'essence de térébenthine, car les points d'ébullition des différentes substances sont très proches les uns des autres", explique Katharina Göbel, collaboratrice scientifique à l'Institut de technologie des installations et des procédés industriels de la TH Cologne.
L'institut a en outre étudié si l'huile pouvait également être décomposée en ses composants par une nanofiltration organique et a testé à cet effet différentes membranes plastiques du commerce. "Ce procédé a été peu étudié jusqu'à présent pour les solutions organiques et se caractérise par une interaction relativement complexe entre la substance de départ, la matière valorisable et la membrane. Nous avons pu obtenir de bons résultats et démontrer que ce processus est un complément utile à la rectification pour obtenir d'autres substances que le 3-carène", explique Göbel. Ainsi, des alpha et bêta-pinènes ont été dissous à partir de l'essence de térébenthine - des composés organiques hydrocarbonés qui sont utilisés par exemple dans des applications médicales.
Synthèse en quelques étapes
Parallèlement, la synthèse chimique du 3-carène en menthol a été développée. "Il était particulièrement important pour nous que notre procédé puisse être mis en œuvre de manière réaliste dans l'industrie. C'est pourquoi nous voulions nous contenter du moins d'étapes de synthèse possible et n'utiliser que des méthodes et des éléments d'installation courants sur le marché", explique Eisenacher. En fin de compte, les chercheurs ont besoin de quatre étapes, c'est-à-dire de transformations chimiques individuelles, pour produire du menthol. Les trois premières étapes sont déjà utilisables dans la pratique, avec un rendement de 90 pour cent et plus. "La dernière étape, malgré toutes les optimisations, n'atteint qu'un rendement de 65 pour cent. Des recherches supplémentaires sont nécessaires ici, par exemple sur l'utilisation d'enzymes", explique Eisenacher.
Le projet "Waste2Menthol - Synthèse de menthol à partir de déchets de l'industrie papetière" a été subventionné par le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche via le programme FHprofUnt à hauteur d'environ 660 000 euros. Les partenaires étaient Symrise AG, un fabricant de parfums et d'arômes, et le fabricant de papier UPM Kymmene.
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