Projet BIORARE (BIOelectrosynthèse pour le RAffinage des déchets RÉsiduels)

Une technologie inédite pour valoriser les biodéchets en molécules chimiques d’intérêt

Détails du projet

  • Structure porteuse : Irstea
  • Nature du projet :
  • Périmètre : France
  • Localisation : Irstea, 1 rue Pierre-Gilles de Gennes CS10030, 92761 Antony cedex
  • Date de début : novembre 2011

Piliers de l‘économie circulaire

  • Ecologie industrielle et territoriale
  • Recyclage
  • Allongement de la durée d'usage
  • Consommation responsable
  • Economie de fonctionnalité
  • Eco-conception
  • Approvisionnement durable
Description

Dans un contexte de raréfaction des énergies fossiles et de transition énergétique et écologique, le développement d'une chimie verte s'appuyant sur des ressources renouvelables devient essentiel. Toutefois, la nature des ressources mobilisées joue un rôle clé dans le bilan environnemental des produits biosourcés. Les bioraffineries environnementales visent à produire des molécules d'intérêt à partir de déchets. Alors que les déchets organiques constituent une matière première peu coûteuse et disponible en abondance, leur utilisation est souvent limitée par leur caractère hétérogène, complexe et contaminé.

Le projet de recherche BIORARE, financé par le Programme Investissements d'avenir et piloté par Irstea en collaboration avec INRA LBE, CNRS LGC et Suez, vise à évaluer le potentiel d'une nouvelle technologie de rupture pour la bioraffinerie environnementale : l'électrosynthèse microbienne. Cette technologie vise à produire des molécules plate-forme destinées à la chimie verte à partir de CO2, d'électricité renouvelable tout en traitant nos déchets.

Démarré le 1er novembre 2011 à niveau de maturité technologique (TRL) 0 (la recherche scientifique n'était pas encore traduite en recherche appliquée et développement), le projet BIORARE a été porté à TRL 4-5 (le procédé est validé dans un environnement de laboratoire représentatif) en 2018. La poursuite de la montée en TRL est prévue dans une seconde phase en cours de montage technique et financier.

Coûts de l'initiative

2210000 €

Résultats qualitatifs et chiffres clés

Matière première peu coûteuse et disponible en abondance, les déchets organiques sont néanmoins hétérogènes, complexes et contaminés, ce qui complique leur transformation en bioressources. Le projet BIORARE visait ainsi à évaluer le potentiel d’un procédé biologique novateur pour le bioraffinage des déchets : l’électrosynthèse microbienne. Découvert en 2010 par des chercheurs américains, il désigne le mécanisme par lequel les microorganismes utilisent des électrons pour transformer du dioxyde de carbone (CO2) en molécules chimiques telles que l’acétate ou l’éthanol, notamment utilisées pour l’élaboration de solvants.

Mobilisant 5 partenaires pendant 5 ans et demi, le projet BIORARE a su transformer une découverte scientifique fondamentale en une technologie à un niveau de maturation préparatoire au démonstrateur (de TRL 1 à TRL 5) pour produire des molécules plateforme à partir de déchets organiques. Reposant sur un dispositif électrochimique composé de deux électrodes, cette technologie permet de séparer la transformation des déchets, de la production de molécules. Les déchets sont ainsi oxydés d’un côté sous l’action des microorganismes qui produisent des électrons, et ces derniers sont utilisés par les microorganismes dans un second compartiment pour transformer le CO2 en molécules, assurant ainsi la qualité des molécules.

L’intérêt de l’électrosynthèse microbienne pour le bioraffinage de déchets organiques a été démontré tant sur le plan technique, qu’environnemental et industriel. Ce travail a conduit à la publication de 19 articles dans des journaux scientifiques internationaux à comité de lecture et au dépôt de 3 brevets. Les résultats obtenus constituent des éléments clés dans le cadre d’une négociation en cours pour un projet de maturation technologique auprès d’investisseurs.

Historique et perspectives du projet

Début du projet le 1er novembre 2011 : Niveau de découverte scientifique fondamentale 

En 5 ans, transformation en une technologie à un niveau de maturation préparatoire au démonstrateur (de TRL 1 à TRL 5)

Perspectives

-

Facteurs d'accélération et freins

Des pistes pour demain…

La technologie BIORARE présente de sérieux avantages pour l’environnement et permet de diviser par trois la consommation électrique nécessaire à l’électrosynthèse microbienne seule. La technologie fait actuellement l’objet d’une prématuration en lien avec une SATT et 4 nouveaux brevets sont en cours de dépôt. De nouveaux pilotes TRL5 ont également été conçus et sont en cours d’assemblage. L’objectif est d’arriver à une maturité technologique TRL7 en trois ans en démontrant la production d’un volume significatif de produits chimiques. À l’issue de cette phase, il est envisagé de créer une entreprise et d’aboutir à une maturité technologique complète en trois années supplémentaires.

Domaines d’activités

  • Chimie
  • Industrie
  • Recyclage

Ressources

  • Biodéchet
  • Produits chimiques
  • Energies renouvelables
  • Efficacité énergétique
  • Biogaz
  • Méthanisation
Mise en oeuvre

Partenaires

  • IRSTEA-HBAN, Antony

  • INRA Montpellier - INRA-LBE

  • Institut National Polytechnique Toulouse, CNRS-LGC

  • IRSTEA-OPAALE, Rennes

  • Suez

Financeurs

  • Agence Nationale de la Recherche (ANR)

Financement

Subvention
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Auteur de la page

Théodore Bouchez

Modérateur

Adrian Deboutière

Chargé de mission économie circulaire et animation territoriale