Des plastiques durables issus de sources naturelles

La « biotechnologie blanche », que l’on appelle aussi la biotechnologie industrielle, est la production de produits chimiques organiques et/ou d’ingrédients actifs en utilisant des microorganismes (levures ou bactéries) et/ou des enzymes. Elle offre une myriade d’avantages en permettant aux scientifiques de développer des solutions durables et efficientes dans des industries variées, telles que la production de biocarburants, de bioplastiques et de produits chimiques d’origine biologique écologiques, qui réduisent tous notre dépendance aux combustibles fossiles et ont un impact minimal sur l’environnement.

De plus, la biotechnologie blanche facilite la création de procédés de fabrication plus efficients et rentables, qui débouchent sur une consommation d’énergie, une production de déchets et une exploitation générale des ressources moindres. Grâce à ses applications novatrices, ce domaine a le potentiel de piloter la transition vers une économie plus verte et durable, en relevant les enjeux mondiaux tout en promouvant le progrès technologique.

La biotechnologie blanche contribue aussi au développement de produits de grande consommation plus sûrs et plus sains. Elle joue un rôle pivot dans la production d’enzymes pour les détergents, les textiles et la transformation alimentaire, ce qui améliore l’efficience de ces procédés tout en minimisant le recours à des produits chimiques agressifs.

GEA s’intéresse depuis toujours aux nouvelles méthodes innovantes et, plus particulièrement, à celles qui aident à préserver les ressources et permettent la production écologique de substituts des produits chimiques traditionnels à base de pétrole. Convaincue dès le début par cette nouvelle technologie, GEA l’a mise au programme de débats animés lors de nombreux congrès afin de jeter les bases d’une expertise interfonctionnelle, ainsi que, bien sûr, dans le Centre technologique interne de l’entreprise où sont testées et mises en œuvre les nouvelles théories.

L’entreprise s’est concentrée sur les produits chimiques d’origine biologique et le bioraffinage, qui sont des procédés qui utilisent des microorganismes pour convertir des matières premières naturelles et renouvelables, telles que l’amidon, le sucre, la cellulose et la biomasse résiduelle, en tout un éventail de produits intermédiaires et finis. Les biopolymères se sont révélés particulièrement intéressants. Pour simplifier, alors que les polymères normaux comprennent toutes les catégories de substances naturelles ou synthétiques composées de macromolécules de très grandes dimensions, leurs cousins « bio » sont soit synthétisés chimiquement à partir de matières biologiques, soit entièrement biosynthétisés par des organismes vivants. Ces substituts écologiques des polymères synthétisés à partir du pétrole peuvent être utilisés pour fabriquer, entre autres, des plastiques durables. 

Oui au plastique. Non au pétrole !

Les biopolymères sont toujours issus de matières premières renouvelables. Mais, ce terme recouvre une réalité très vaste. D’une part, les biopolymères sont utilisés pour produire des substances nouvelles qui sont complètement biodégradables. Cette propriété est extrêmement recherchée, par exemple, dans le domaine de l’emballage des plats à emporter ou pour les sacs utilisés pour l’expédition par les détaillants en ligne. D’autre part, les produits tels que les pièces automobiles doivent être solides, fiables et résistants dans le temps. Les biopolymères permettent aussi cela : ils peuvent être employés pour fabriquer des plastiques qui sont à la fois durables et conformes aux mêmes normes de sécurité que celles fixées pour les polymères à base de pétrole. Un autre avantage des biopolymères est qu’il est facile d’adapter les procédés de production existants pour en produire. Le secteur de l’alimentation humaine et animale s’intéresse depuis longtemps à la production et à l’utilisation des acides aminés. La lysine, par exemple, est utilisée pour nourrir le bétail. Elle réduit la consommation de soja, de farines de poisson et de blé, et est à l’origine d’une alimentation animale équilibrée. Les procédés de conversion enzymatique peuvent relier les acides aminés tels que la lysine pour former des biopolymères, qui peuvent ensuite être utilisés pour fabriquer non plus des aliments pour animaux, mais du nylon.

Les bactéries : des centrales électriques naturelles

Le procédé de production des biopolymères est également naturel. « Les microorganismes font le boulot pour nous », explique le Responsable commercial produit, Jens Bühring, spécialiste de la technologie de séparation centrifuge. « Dans un fermenteur, les microorganismes sont d’abord nourris avec du sucre ou de l’amidon, pour produire les produits intermédiaires désirés ou, parfois, même des polymères finis. »

Son collègue spécialisé dans la séparation, Burkhard Schiemann, ajoute : « Pour pousser nos bactéries à produire des biopolymères, nous commençons par créer des conditions environnementales idéales. En d’autres mots, nous les gavons d’oxygène, de sucre et de minéraux. Les bactéries jouissent alors de tout le confort dont elles ont besoin et se multiplient. Lorsqu’il y a suffisamment d’organismes dans le fermenteur, nous changeons ces conditions très positives en retirant le sucre du milieu de culture ou en modifiant le pH de leur environnement. »

Les bactéries sont alors sous stress : elles réalisent que quelque chose a changé et que des temps plus sombres s’annoncent. Ces organismes mettent alors en œuvre un mécanisme d’adaptation en stockant certaines substances. Celles-ci peuvent être, par exemple, des polymères. « Pour les bactéries, ces réserves de secours sont un moyen de se préparer à ce qui va arriver ; pour nous, c’est un composé chimique polyvalent de haute valeur qui est extrêmement intéressant, » ajoute Burkhard Schiemann. 

Une puissance centrifuge totale pour un développement plus durable

Pour transformer les polymères synthétisés naturellement en un produit concurrentiel, les entreprises font souvent appel à la technologie de séparation de GEA. « Pour pouvoir utiliser ces usines naturelles de manière rentable, la centrifugation offre un certain nombre d’avantages, » remarque Jens Bühring. « Pour ce qui est du process mécanique qui permet de séparer la biomasse - la quantité totale ou le poids des organismes dans une zone ou un volume donné - les centrifugeuses ménagent les ressources et fonctionnent de manière très efficiente. Qu’il s’agisse de travailler avec la matière première ou de transformer le produit intermédiaire, GEA possède une expertise certaine dans ce domaine et est également en mesure de fournir l’équipement pour la transformation aval... jusqu’au produit fini. »

Les avantages sont légion : « Nos clients sont déjà familiers des nombreuses des étapes de process en amont, telles que la manipulation des matières et la fermentation, et possèdent à la fois l’expertise nécessaire et l’équipement. Moyennant une poignée d’étapes de plus, ces clients ont maintenant accès à un marché supplémentaire, » explique Burkhard Schiemann.

Et il cite l’exemple de l’acide lactique. En plus d’être utilisé comme il l’est traditionnellement en tant qu’agent acidifiant dans l’industrie agroalimentaire et des boissons, cet acide est maintenant largement utilisé en tant qu’ingrédient pour produire un plastique biosourcé et biodégradable que l’on appelle l’acide polylactique (PLA) grâce au soutien actif de GEA.

« Nous pouvons également aider nos clients pour le développement de procédé », ajoute Jens Bühring : « Cela présente de nombreux avantages car les procédés qui fonctionnent parfaitement à l’échelle du laboratoire ne passent pas toujours avec succès aux normes (ou capacités) industrielles. Pour éviter les surprises désagréables, nous sommes heureux d’aider en apportant notre expertise et l’équipement GEA approprié ... car rien n’est plus rentable et efficace que planifier les procédés ensemble. »