Une technologie de séparation membranaire pourrait réduire l’énergie consacrée à la concentration de la liqueur noire tout en récupérant de la lignine et des acides organiques destinés aux batteries, aux lubrifiants et à d’autres bioproduits.
Une équipe de Georgia Tech prépare des essais en usine d’une technologie visant à transformer la liqueur noire en source de produits à plus forte valeur ajoutée. Le procédé pourrait également réduire la consommation d’énergie associée à la récupération chimique dans les usines de pâte kraft.
Les chercheurs développent des membranes capables de retirer une partie importante de l’eau contenue dans la liqueur noire avant son passage dans les évaporateurs. Selon l’équipe, cette approche pourrait réduire de moitié l’énergie nécessaire à cette étape du procédé.
L’objectif dépasse toutefois la simple efficacité énergétique. Les membranes sont conçues pour fractionner la liqueur noire en différents flux, dont un riche en lignine et un autre contenant des acides organiques.
Fractionner la liqueur noire plutôt que seulement la concentrer
Dans une usine kraft conventionnelle, la liqueur noire est concentrée dans des évaporateurs, puis brûlée dans la chaudière de récupération. Cette opération permet de produire de la vapeur et de l’électricité tout en récupérant les produits chimiques nécessaires à la cuisson de la pâte.
La technologie mise au point à Georgia Tech ajouterait une étape de séparation en amont de ce cycle. Une partie des composés organiques pourrait ainsi être extraite et transformée avant que le reste de la liqueur ne soit dirigé vers la récupération chimique.
La fraction riche en lignine pourrait servir à fabriquer des matériaux carbonés destinés aux anodes de batteries ou des adsorbants utilisés dans des procédés de traitement et de séparation. Les acides organiques pourraient, pour leur part, être transformés en lubrifiants industriels et en additifs biosourcés.
Cette diversification offrirait aux usines une possibilité de générer des revenus complémentaires sans dépendre uniquement de la pâte, du papier ou de l’électricité produite sur place.
Depuis près de dix ans, Sankar Nair, professeur à l’École de génie chimique et biomoléculaire et chercheur de longue date au Renewable Bioproducts Institute (RBI), dirige un effort collaboratif visant à développer des technologies susceptibles d’améliorer considérablement l’efficacité et la rentabilité des usines de pâte kraft.
« Ce qui avait commencé comme un projet visant à économiser de l’énergie dans la production de pâte a évolué vers une vision beaucoup plus large, explique Sankar Nair. Nous ne cherchons pas seulement à rendre les usines plus efficaces. Nous voulons transformer l’usine de pâte kraft en une bioraffinerie capable de produire plusieurs produits à plus forte valeur ajoutée. »
Un essai industriel prévu chez RYAM
La technologie doit maintenant franchir une étape importante avec son déploiement dans une installation de Rayonier Advanced Materials (RYAM) située près de Savannah, en Géorgie.
Des modules membranaires seront intégrés à une unité d’essai directement alimentée par de la liqueur noire kraft provenant de l’usine. Les chercheurs mesureront notamment la stabilité du procédé, sa fiabilité à long terme et sa capacité à maintenir ses performances dans des conditions industrielles réelles.
Ces essais seront déterminants. La liqueur noire constitue un milieu exigeant pour les équipements de séparation en raison de sa composition chimique, de sa teneur en solides et de son potentiel d’encrassement. La viabilité industrielle dépendra donc de la durée de vie des membranes, de leur facilité de nettoyage et du coût de leur remplacement.
Les résultats permettront également d’établir les conditions d’intégration du procédé aux évaporateurs, à la chaudière de récupération et au bilan énergétique global de l’usine.
Une intégration progressive aux usines kraft
L’approche développée par Georgia Tech repose sur des modules pouvant être ajoutés progressivement aux installations existantes. Une usine pourrait ainsi commencer par traiter une fraction limitée de sa liqueur noire avant d’augmenter la capacité selon les résultats obtenus et les débouchés disponibles.
Cette flexibilité réduirait le besoin d’engager immédiatement les investissements associés à la construction d’une bioraffinerie complète.
Le détournement d’une partie de la lignine et des composés organiques réduirait néanmoins la valeur calorifique de la liqueur dirigée vers la chaudière de récupération. Les économies réalisées à l’étape de l’évaporation devront donc compenser cette perte d’énergie ou être complétées par une autre source d’électricité ou de vapeur.
La réussite commerciale dépendra également du coût de purification des différents flux, de la stabilité de la production et de la capacité à conclure des ententes d’achat pour les bioproduits.
La technologie demeure au stade de la démonstration, mais elle illustre une évolution importante pour l’industrie : faire de l’usine kraft une plateforme capable de produire simultanément de la pâte, de l’énergie, des matériaux avancés et des produits chimiques biosourcés.
Source : Georgia Institute of Technology
