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EP4652289A1 - Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique - Google Patents

Procede de traitement d'une biomasse lignocellulosique

Info

Publication number
EP4652289A1
EP4652289A1 EP24700575.4A EP24700575A EP4652289A1 EP 4652289 A1 EP4652289 A1 EP 4652289A1 EP 24700575 A EP24700575 A EP 24700575A EP 4652289 A1 EP4652289 A1 EP 4652289A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sugars
biomass
liquid fraction
microorganisms
fraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700575.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Matthieu ARAGONES
Sophie COUDERC
Gilles Ferschneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP4652289A1 publication Critical patent/EP4652289A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/12—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing fuels or solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/02—Bioreactors or fermenters combined with devices for liquid fuel extraction; Biorefineries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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    • C12M45/06—Means for pre-treatment of biological substances by chemical means or hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/09—Means for pre-treatment of biological substances by enzymatic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/02—Separating microorganisms from the culture medium; Concentration of biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/14—Multiple stages of fermentation; Multiple types of microorganisms or re-use of microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to the treatment of sweet juices, in particular those called second generation (2G), which can be obtained from lignocellulosic biomass.
  • 2G second generation
  • sweet juices can be used to produce other products chemically or biochemically (e.g. alcohols such as ethanol, butanol, or other molecules, e.g. solvents such as acetone, intermediate products used in the chemical industry, etc.), particularly as substitutes for petrochemical derivatives.
  • alcohols such as ethanol, butanol
  • solvents such as acetone
  • Lignocellulosic biomass represents one of the most abundant renewable resources on earth.
  • the substrates considered are very varied, they concern both woody substrates such as different woods (hardwoods and softwoods), co-products from agriculture (wheat straw, corn cobs, etc.) or other industries , such as the food industry, paper industry, etc.
  • so-called second generation (2G) sweet juices are obtained by a biochemical transformation process which generally includes a pretreatment step and an enzymatic hydrolysis step by an enzymatic cocktail.
  • the pretreatment most often includes an impregnation step with an acidic or basic or oxidizing liquor, then cooking the impregnated biomass which is possibly accompanied by a steam explosion.
  • the sweet juices resulting from hydrolysis can then be further treated, for example by fermentation to convert them into alcohol, and the process also includes separation and/or purification steps.
  • sweet juices can also come from a mixture of sweet juices from different types of biomass.
  • Lignocellulosic biomass is composed of three main polymers: cellulose (35 to 50% by weight), which is a polysaccharide essentially made up of hexoses; hemicellulose (20 to 30% weight), which is a polysaccharide most often essentially consisting of pentoses; and lignin (15 to 25 wt%), which is a polymer of complex structure and high molecular weight, composed of aromatic alcohols linked by ether bonds. These different molecules are responsible for the intrinsic properties of the plant wall and are organized in a complex tangle.
  • cellulose and hemicellulose are those that allow the production of 2G sweet juices.
  • the hemicellulose is mainly broken down into sugars during pretreatment, and the cellulose is converted to glucose by enzymatic hydrolysis.
  • This pretreatment makes it possible to modify the physicochemical properties of the lignocellulosic biomass in order to improve the accessibility of cellulose to enzymes and its reactivity to enzymatic hydrolysis.
  • the solvent can be an alcohol (ethanol), an acid such as acetic acid, formic acid, or even acetone.
  • One of the most effective pretreatments is steam explosion, particularly in acidic conditions, which allows almost total hydrolysis of the hemicellulose and a significant improvement in the accessibility and reactivity of the cellulose to enzymes.
  • This pretreatment may be preceded by other treatment(s).
  • the pretreatment can generally comprise three stages which are the preparation of liquor, the impregnation of the biomass with this liquor and the pretreatment of the impregnated biomass, for example by cooking possibly coupled with a steam explosion:
  • Patent FR 3 075 203 describes a process with impregnation of the biomass with an acidic liquor, then cooking and steam explosion of the impregnated biomass, with adjustment of the acidity of the acidic liquor and recycling thereof.
  • Patent FR 3 075 201 also describes a process for pretreating biomass by acid impregnation then steam explosion, with further washing of the reactor feed means and recycling of the washing water in the process.
  • the sweet juices thus obtained from lignocellulosic biomass are in the form of a mixture of sugars in the aqueous phase, where we find so-called C5 sugars (i.e. 5 carbons), such as xylose and arabinose, and so-called C6 sugars (i.e. 6 carbons), such as glucose, mannose and galactose.
  • C5 sugars i.e. 5 carbons
  • C6 sugars i.e. 6 carbons
  • sweet juices resulting from the pretreatment of lignocellulosic biomass we observe for the majority of lignocellulosic biomasses, in the sweet juice, a proportion of C5 sugars significantly higher than that of C6 sugars.
  • sweet juice we mean that sugars are released by the pretreatment, and that they can be solubilized by mixing the pretreated biomass with water, for example.
  • these sweet juices can also contain furfural or furfural derivatives, sugar degradation products, carboxylic alcohols, furan compounds, which are fermentation inhibitors, which is detrimental when we want to continue the conversion of sweet juices into alcohols by fermentation using microorganisms such as yeast or bacteria.
  • patent application WO 2022/023686 describes a treatment of biomass comprising a pretreatment then an enzymatic hydrolysis to obtain a sweet juice comprising glucose, which is then clarified then purified by filtration on activated carbon, in order to eliminate materials in suspension and capture certain soluble contaminants. It is a technique simple, but which does not allow C5 sugars to be separated from C6 sugars.
  • Patent application US 2013/0149761 proposes to cause the precipitation of compounds which are not sugars using barium or calcium hydroxide, in order to obtain a juice which only contains sugars of the glucose type. , xylose and other sugars. This technique therefore does not make it possible to selectively separate the sugars, but simply to remove from the sugary juice minority compounds which are by-products of the pretreatment of the biomass.
  • Patent EP3990464 describes the separation of glucose, from a mixture of C5 sugars and C6 sugars, by adsorption of glucose on an FAU type zeolite adsorbent. It is an interesting method, which however does not allow optimal separation of glucose, which presents a selectivity which can be improved.
  • Patent EP3990668 describes the separation of xylose from a mixture of C5 sugars and C6 sugars, also by adsorption, here of xylose, on a zeolite adsorbent of the FAU type, with the same limit in terms of selectivity in the separation carried out .
  • the invention therefore aims to remedy the aforementioned drawbacks. Its aim is to improve the techniques for selective separation of sugars in a sweet juice comprising different sugars, in particular C5 sugars and C6 sugars, aiming in particular to obtain juice enriched with C5 sugars.
  • enriched juice we mean that the sweet juice obtained by the invention has a ratio of C5/C6 sugars greater than the ratio of the sweet juice obtained without the invention).
  • the invention also aims to integrate this separation into a sugar or alcohol production line from lignocellulosic biomass in order to improve its operation or performance, in particular so as to obtain a superior quality of sweet juice. in the case of sugar production, and/or so as to obtain a higher alcohol conversion rate in the case of alcohol production. Summary of the invention
  • the invention firstly relates to a process for treating a lignocellulosic biomass, said process comprising
  • a biomass pretreatment step comprising cooking the biomass, possibly accompanied by a steam explosion, to obtain a pretreated biomass
  • step a) a first step of solid/liquid separation of all or part (3a) of the pretreated biomass (3) obtained in step a) into a first solid fraction (7) of pretreated biomass and a first liquid fraction (6 ) comprising a mixture of compounds, in particular in the aqueous phase, comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons and whose content by weight of C5 sugars is greater than the content by weight of C6 sugars,
  • step d) a second step of solid/liquid separation of the purified liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars obtained in step d) to obtain a second solid fraction comprising the first microorganisms and a second liquid fraction containing of C5 sugars and depleted in C6 sugars.
  • the first liquid fraction contains sugars resulting mainly, in particular entirely, from the depolymerization of hemicelluloses present in the lignocellulosic biomass.
  • This first fraction is a sweet juice obtained without the addition of enzymes, and obtained following the pretreatment of lignocellulosic biomass.
  • the invention has thus developed a new technique for separating C5 and C6 sugars in a sweet juice resulting from the pretreatment of lignocellulosic biomass: the invention has selected in step d) called purification a microorganism which will selectively consume the sugar, here the C6 sugar, which we want to remove from the first liquid fraction which is a sweet juice, in order to obtain a liquid fraction called purified in C5 sugars, usable as such in the chemical industry in particular , or which can be used in an alcohol production line, in particular ethanol.
  • the microorganism can be a single type of microorganism or a combination of different microorganisms.
  • mixture in the aqueous phase of compounds comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons could also be designated, for the sake of brevity, under the term “sweet juice”
  • sugars means sugars in their monomeric form (and not in an oligomeric/polymeric form).
  • juice is equivalent to a mixture of compounds in the aqueous phase: the juice is aqueous, the same is true for the first and second liquid fractions of the treatment process according to the invention described above.
  • the microorganism will consume the C6 sugar of the first liquid fraction at least for its own maintenance/metabolism or growth: the C6 sugar can thus disappear, in its entirety or almost entirely, by dosing in a manner appropriate the quantity/activity of the microorganism as a function of the quantity/concentration of C6 sugars of the first liquid fraction to be purified.
  • the microorganism can also, depending on the quantity of C6 sugars present in the liquid fraction, depending on the operating conditions used (for example pH, temperature, aeration, etc.) and depending on the quantity and type of microorganism chosen, convert sugar into another valuable compound. (Note, however, that the microorganism can also consume a very small quantity of C5 sugar such as xylose, but it remains essentially a consumer of C6 sugars).
  • the microorganism can convert at least a part, in particular the majority, of the C6 sugars into alcohol, in particular into ethanol.
  • the conversion to alcohol is not necessarily complete, as the microorganism may use some sugars for non-alcohol byproducts or for its metabolism. We therefore understand here by "the majority” the fact that the microorganism can convert at least half of the C6 sugars into ethanol (in particular more than half, for example at least two thirds of said C6 sugars, or even almost all of them).
  • ethanol is a highly recoverable product: we will be able to easily separate it from the first purified liquid fraction.
  • ethanol can be separated from an aqueous mixture by distillation or stripping. It can also be preserved, in whole or in part, mixed with C5 sugars, in particular to exploit its antimicrobial properties.
  • the microorganism used in purification step d), particularly when it concerns yeast, is in solid suspension in the first separated liquid fraction. In most cases, therefore, we plan to separate these solid microorganisms, to be able to valorize the purified sweet juice devoid of solid suspension.
  • This separation, provided for in step e) of solid/liquid separation of the process according to the invention can use any device known to those skilled in the art, such as a filtration, centrifugation, decantation, sieve, cyclone, or the combination of several of these devices for example.
  • the purified liquid fraction would be used, as is or after separation of the alcohol it contains, for example for propagation of yeast-like microorganisms or fermentation.
  • the invention therefore "interposes" in a biomass treatment process aimed at converting it into sugars then possibly into alcohol, and which provides, in a known manner, a pretreatment of the biomass then its enzymatic hydrolysis, then its possible fermentation, a stage of purification of the sweet juice obtained at the end of pretreatment, which opens the way to a number of new possibilities for valorization, product quality and biomass conversion efficiency, as detailed below.
  • step a) only a first part of the pretreated biomass obtained in step a) is taken to the first step b) of solid/liquid separation and a second part (or the remainder) of the pretreated biomass is taken directly to step c) enzymatic hydrolysis.
  • Enzymatic hydrolysis can then be carried out on both types of flow in at the same time, one coming directly from the pretreatment, the other having gone through a solid/liquid separation step, the relative proportion of the flow from the impregnated biomass which goes to the solid/liquid separation and the flow from the biomass impregnated which goes directly to enzymatic hydrolysis is adjustable, for example between a relative proportion 90/10 to 10/90 by weight.
  • pretreated biomass resulting directly from pretreatment which makes it possible to maintain a high enzymatic hydrolysis conversion yield compared to the quantity of initial biomass, despite the removal of a portion of pretreated biomass to recover the soluble sugars .
  • Step b) of solid/liquid separation can, according to a preferred embodiment, comprise a first contact step between the pretreated lignoculosic biomass and water, then a second filtration step, and optionally washing.
  • step b) of solid/liquid separation comprises a step of contacting the pretreated biomass with a fluid then a washing step, this can be carried out in co-current or counter-current, in particular using part of the liquid fraction recovered as washing and/or contacting fluid.
  • Solid/liquid separation step b) can, according to a preferred embodiment, be carried out on a filtration unit, in particular a belt filter or a filter press, by centrifugation or by decantation.
  • the process according to the invention may also comprise a step f) of fermentation by third microorganisms of the hydrolyzate in the form of sugar(s) obtained in step c), in order to obtain a fermented biomass comprising at least an alcohol, in particular ethanol.
  • This is then a process for producing alcohol such as ethanol which can be used as biofuel.
  • the enzymatic hydrolysis steps b) and fermentation f) can be carried out simultaneously.
  • SSCF Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation
  • the microorganisms maintain a certain activity for a certain time for a certain concentration of sugars, here in C6 sugars, an activity which goes beyond a single production when the purification is done, for example, discontinuously, in batches in a dedicated reactor: we can thus recover the microorganisms from the purified liquid fraction and reintroduce them into the reactor where the purification takes place, for the following n productions with possible addition of additional microorganisms if necessary, gradually that their activity decreases.
  • the second liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars obtained in step e) contains alcohol, in particular ethanol, obtained by conversion of all or part of the C6 sugars under the action of the first microorganisms, as seen above. It is then possible, according to the invention, to separate in a step g), in particular by evaporation or stripping, said second liquid fraction into a third liquid fraction enriched in sugars and a fourth liquid fraction enriched in alcohol.
  • This separation between sugar(s) and alcohol can in fact present different advantages depending on the product(s) that we want to promote.
  • ethanol is in itself a recoverable product, in two ways: either directly as a recoverable product, or by reintegrating it into the process of the invention, if it aims at converting biomass into alcohol (ethanol). : we can thus, for example, add it to the ethanol obtained in the process by enzymatic hydrolysis/fermentation, then distillation (to dehydrate it): we can mix the two streams of ethanol either upstream or downstream of the dehydration device type distillation column of the installation. It is thus possible to increase the conversion efficiency of the biomass into ethanol of the process.
  • step f it is also possible to send all or part of the fourth liquid fraction containing the alcohol obtained in step g) to fermentation step f), or, as detailed above, mix all or part of said fourth liquid fraction. with the fermented biomass comprising at least one alcohol obtained at the end of fermentation step f).
  • the method according to the invention may also comprise a step h) of producing enzymes from second microorganisms, in particular fungi, in order to use said enzymes to ensure the enzymatic hydrolysis of step c). And in this case, we can send all or part of the second liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars obtained in step e) or of the third liquid fraction enriched in sugars obtained in step g) towards said step h) as a substrate for the growth of the second microorganisms and/or the production of enzymes by said microorganisms.
  • the process integrates an in situ production of enzymes to carry out the enzymatic hydrolysis of the pretreated biomass (the other alternative being to bring to the production site enzymes produced on another site ).
  • the liquid fractions (in whole or in part) obtained according to the invention due to the introduction of the purification step, and which contain C5 sugars, are particularly suitable for the growth of fungi and for the enzyme production.
  • step h) of enzyme production in as a substrate for the growth of the second microorganisms, or for the production of enzymes by them.
  • the method according to the invention may also comprise a step i) of propagation of third fermentation microorganisms, in order to use said microorganisms, in particular yeasts, to ensure the fermentation of step f) when it is planned.
  • a step i) of propagation of third fermentation microorganisms in order to use said microorganisms, in particular yeasts, to ensure the fermentation of step f) when it is planned.
  • the microorganisms are propagated in situ, on the biomass processing site.
  • these fractions in whole or in part
  • the process of the invention it is also possible to send all or part of the second liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars obtained in step e) or the third liquid fraction enriched in sugars obtained in step g ) in stage f) of fermentation.
  • the C5 sugars contained in this or these fractions continue their conversion into alcohol with the hydrolyzate from the biomass.
  • one, the other or both liquid fractions (or at least a part of one or the other of these fractions) containing C5 sugars and obtained due to the purification provided for by the invention can be used in at least three different modes, each of these modes being able to be operated alternatively or cumulatively with the other two.
  • the choice will be made, in particular, depending on whether the fermentation and enzyme production microorganisms are produced in situ or not, depending on whether the final target product is a solution of C5 sugar juice or alcohol (ethanol). or even both, and even depending on the type of biomass, because the relative content of C6 sugars in the 1st liquid fraction before purification is variable depending on the biomass chosen.
  • the first liquid fraction obtained in step b) can also include furfural.
  • furfural This is particularly the case when the liquid fraction to be purified comes from a biomass pretreated under acidic conditions.
  • the first microorganisms can advantageously also consume furfural, in particular at least in part by conversion of furfural into alcohol, in particular into furfuryl alcohol.
  • this consumption is very interesting, to the extent that furfural is known to be an inhibitor of fermentation reactions (using yeast): we thus improve the productivity and yields of possible biochemical conversions planned for the purified juice.
  • furfural can also be an inhibitor of the growth of enzyme-producing microorganisms, in particular the fungus Trichoderma Reesei.
  • the first liquid fraction obtained in step b) may also comprise 5-hydroxymethyl furfural 5-HMF. This is particularly the case when the liquid fraction to be purified comes from a biomass pretreated under acidic conditions. And the first microorganisms can advantageously also consume 5-hydroxymethyl furfural, in particular at least in part by conversion of 5-hydroxymethyl furfural into 5-hydroxymethyl furfuryl alcohol.
  • the first liquid fraction to be purified comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons may also comprise other compounds for degrading C5 or C6 sugars, in particular furanic compounds, organic acids, high weight compounds. molecular, particularly when it comes from the pretreatment of lignocellulosic biomass at high temperature or by solvent.
  • the first liquid fraction to be purified may also include mineral salts.
  • the first liquid fraction to be purified may also include sugars in oligomeric form.
  • the first and third microorganisms are chosen from yeasts, bacteria, fungi, and in particular from yeasts in the genus Saccharomyces, in particular the species Saccharomyces cerevisae or, among bacteria, in the genus Corynebacterium, in particular Corynebacterium species, Zymomonas mobilis.
  • Saccharomyces cerevisae is interesting, because the wild strain naturally consumes C6 sugars, but not C5 sugars, and work has been carried out to genetically modify it so that it is able to consume both types of sugars. : the invention thus recommends returning to the non-genetically modified version of this yeast/the native version, in particular for the first microorganism, precisely to exploit its selectivity with respect to sugars, hitherto perceived as a disadvantage .
  • the second microorganisms are chosen from fungi, in particular filamentous fungi, preferably those of the Trichoderma genus, in particular Trichoderma reesei.
  • the pretreatment according to step a) of the biomass comprises
  • the process according to the invention can also comprise a step j) of separation, in particular by distillation, of the fermented biomass in the form of alcohol obtained in step f), with a possible step k) of solid/liquid separation of the fermented biomass before or after said separation step j).
  • Step j) makes it possible in particular to dehydrate the alcohol, and its preferred embodiment uses a beer column to carry out a distillation, making it possible to recover, at the head of the column, the ethanol that we seek to produce, and at the bottom of stillage column.
  • step k) is preferably carried out before the separation step j), to avoid any risk of traces of solid residue in the column to be distilled, when step j) is carried out by distillation.
  • the purification d) of the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons with the microorganism is carried out at a temperature between 20 and 60°C, in particular between 25 and 40°C. C, especially between 30 and 35°C.
  • the treatment temperature must be adapted depending on the microorganism chosen, each microorganism having a temperature range where its activity is maximum.
  • the purification d) of the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons with the microorganism has a duration of between 5 minutes and 15 hours, in particular between 10 minutes and 8 hours.
  • the purification d) of the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons with the microorganism can be carried out in batch, in fed-batch of said liquid fraction, or continuously.
  • the selected microorganism which will selectively consume the C6 sugar according to the invention that is to say the first microorganism can be added in one go directly with the first liquid fraction, or according to a sequential feeding, independently or not of feeding the first liquid fraction.
  • the duration of purification step d) must be adjusted depending on the type and quantity of microorganism used, depending on the quantity of C6 sugars in the liquid fraction to be purified, depending on the quantity of compounds known as inhibitors of microorganism (furan compounds such as furfural or 5-hydroxymethyl furfural, carboxylic acids such as acetic acid or formic acid, or phenolic compounds) for the yeast Saccharomyces Cerevisae, and depending on the final content of acceptable C6 sugars in the purified juice, or, expressed otherwise, depending on the desired degree of C5 sugar purity.
  • inhibitors of microorganism furan compounds such as furfural or 5-hydroxymethyl furfural, carboxylic acids such as acetic acid or formic acid, or phenolic compounds
  • the purification d) of the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons with the microorganism can be carried out at a pH of between 2 and 10, in particular between 4 and 6, in particular between 4.5 and 5.5.
  • the purification d) of the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons with the microorganism can be carried out under aerobic or anaerobic conditions, depending on the microorganism chosen and the desired product (alcohol, growth of the microorganism%) of the consumption of sugars.
  • the concentration of microorganisms in the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons is between 1 and 200 g/kg of C6 sugars, in particular between 10 and 30 g/kg of sugars.
  • C6 The biomass from which the first liquid fraction comes, comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons, is of the lignocellulosic type, coming in particular from forestry and/or agricultural and/or paper residues, and/or from sugar-producing plants. and/or starchy plants and/or Fermentable Fractions of Household Waste (FFOM).
  • FFOM Fermentable Fractions of Household Waste
  • the pretreatment of biomass from which the first liquid fraction comes can be a hydrolysis (without enzyme) or pretreatment of the biomass comprising in particular an impregnation of the biomass with an acidic or basic or oxidizing liquor followed by cooking of the impregnated biomass, in particular cooking with steam explosion.
  • the first liquid fraction comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons is preferably obtained, according to the invention, after a solid/liquid separation step b) preferably using a biomass pretreated by explosion at the steam possibly repulped with a solvent (particularly water) and possibly washed with a solvent (particularly water).
  • the subject of the invention is also the first purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention (that is to say the “purified juice » according to the invention, before or after separation from the microorganisms by solid/liquid separation): its subject is thus a liquid comprising a mixture of compounds in aqueous solution, which includes C5 sugars and conversion products of C6 sugars and possibly other minority compounds present in the juice to be purified.
  • these conversion products of C6 sugars and other minority compounds are alcohols such as ethanol, 5-hydroxymethylfurfuryl alcohol and furfuryl alcohol, in particular in the following concentrations;
  • - furfuryl alcohol between 0.05 and 9 g/kg of solution, in particular between 0.1 and 3.8 g/kg, in particular between 0.1 and 1.8 g/kg of solution
  • the first purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention can thus contain alcohols, in particular an alcohol which results from the conversion of C6 sugars under the action of microorganism, for example ethanol, butanol or isopropanol, and alcohols resulting in particular from the conversion of the two inhibitors (furfural and 5-HMF), also under the action of the microorganism.
  • alcohols in particular an alcohol which results from the conversion of C6 sugars under the action of microorganism, for example ethanol, butanol or isopropanol, and alcohols resulting in particular from the conversion of the two inhibitors (furfural and 5-HMF), also under the action of the microorganism.
  • the conversion products of C6 sugars can also be microorganisms themselves, in particular yeasts, in the case where the treatment according to the invention is carried out under aerobic conditions. C6 sugars are in fact consumed by the microorganism for its own growth or maintenance.
  • the purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention contains less than 0.5 g/kg of C6 sugar solution, and preferably no C6 sugar, less than 0.1 g/kg of furfural solution, in particular no furfural, and less than 0.1 g/kg of 5-hydroxymethyl furfural solution, in particular no 5-hydroxymethyl furfural.
  • the purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention contains the following compounds:
  • the first purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention may also contain carboxylic alcohols, such as acetic acid, formic acid or levullinic acid,
  • carboxylic alcohols such as acetic acid, formic acid or levullinic acid
  • the first purified liquid fraction obtained in step d) or the second liquid fraction obtained in step e) according to the process of the invention (“purified juice” before or after separation d) 'with microorganisms by solid/liquid separation) contains less than 8 g/kg of acetic acid, preferably less than 5 g/kg of acetic acid.
  • the juice purified according to the invention may also contain sugars in oligomeric form, for example compounds of the arabinoxylan type, pentose and hexose oligomers.
  • the purified juice according to the invention contains between 0% and 100% of oligomeric sugars relative to the monomeric sugars, preferably between 0.1% and 50%, in particular between 0.1% and 20% of oligomeric sugars relative to the monomeric sugars. monomeric sugars.
  • the invention also relates to the use of the purified juice described above, which is therefore a sweet juice with a very high C5 sugar content (compared to its C6 sugar content), to convert the C5 sugars chemically, in particular to convert xylose into xylitol, or biochemically, in particular to serve as a carbonaceous substrate for the propagation of yeasts or for the induction of fungi for the production of enzymes.
  • Xylose is considered a platform molecule, and many valorization routes are possible (xylitol, monoethylene glycol, propanol, butanol, lactic acid, succinic acid, etc.).
  • the invention also relates to any installation for processing lignocellulosic biomass implementing the biomass treatment process described above.
  • the invention also relates to an installation for processing a lignocellulosic biomass, said installation comprising
  • a biomass pretreatment unit comprising a biomass cooking device, possibly accompanied by a steam explosion, to obtain a pretreated biomass
  • a first solid/liquid separation unit (4) comprising in particular a filtration device, of all or part (3a) of the pretreated biomass (3) obtained in unit a) into a first solid fraction (7 ) of pretreated biomass and a first liquid fraction (6) comprising a mixture of compounds, in particular in the aqueous phase, comprising C5 sugars with 5 carbons and C6 sugars with 6 carbons and whose content by weight of C5 sugars is greater than the content by weight of C6 sugars
  • step b an enzymatic hydrolysis unit (14) of the first solid fraction (7) of pretreated biomass obtained in step b), to obtain a hydrolyzate (15) in the form of sugar(s), including C6 sugars with 6 carbons,
  • a second unit e) for solid/liquid separation comprising in particular at least one filtration or centrifugation device, of the purified liquid fraction containing sugars C5 and depleted in C6 sugars obtained in unit d) to obtain a second solid fraction comprising the first microorganisms and a second liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars.
  • a first part (3a) of the pretreated biomass (3) obtained in the pretreatment unit a) is led to the first solid/liquid separation unit b), and a second part of the pretreated biomass (all the rest of the pretreated biomass flow, preferably) is conducted directly to the enzymatic hydrolysis unit c).
  • the solid/liquid separation unit b) can, according to a preferred embodiment, comprise a first contact device between the pretreated lignocellulosic biomass and water, then a second filtration, and optionally washing, device ( you can use the same device with two functions, or two separate devices).
  • the second liquid fraction containing C5 sugars and depleted in C6 sugars obtained in unit e) contains alcohol, in particular ethanol, obtained by conversion of all or part of the C6 sugars under l action of the first microorganisms
  • said installation comprises a unit g) for separating said second liquid fraction into a third liquid fraction enriched in sugars and a fourth liquid fraction enriched in alcohol, said separation unit g) comprising at least one evaporation or stripping device.
  • Figure 1 is a very schematic representation of a reactor implementing step d) of purification of the treatment process according to the invention, and representing the compounds of interest entering and leaving the reactor.
  • Figure 2 is a graph representing on the abscissa the duration of step d) of purification of the process according to the invention (in hours) and on the ordinate the evolution of the concentrations of compounds of a mixture of sugars treated according to the invention , in g/kg of reaction medium.
  • the abbreviations in Figure 2 mean: glu: glucose xyl: xylose ara: arabinose gal: galactose man: mannose
  • Figure 3 is a very schematic representation of a reactor implementing step d) of purification of the treatment process according to the invention, and representing the compounds of interest entering and leaving the reactor under aerobic conditions, to propagate the microorganisms (yeasts).
  • Figure 4 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it into alcohol (ethanol), without implementing the purification according to the invention.
  • Figure 5 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it into alcohol (ethanol), which modifies the process of Figure 4 to implement the purification according to the invention.
  • Figure 6 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it into sugar(s), without implementing the purification according to the invention.
  • Figure 7 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it into sugar(s), which modifies the process of Figure 6 to implement the purification according to the invention.
  • Figure 8 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it partly into sugar(s), partly into alcohol (ethanol), without implementing the purification according to the invention .
  • Figure 9 represents in the form of a block diagram a process for treating lignocellulosic biomass with a view to converting it partly into sugar(s), partly into alcohol (ethanol), which modifies the process of Figure 8 to put implements the purification according to the invention.
  • Figure 10 is a graph representing on the abscissa the time, expressed in hours, and on the ordinate, along the vertical axis on the left the concentrations of furfural and 5 HMF expressed in g/l, and along the vertical axis on the right the concentration in ethanol in g/l, during the production of simultaneous enzymatic hydrolysis and fermentation (SSCF) of a pretreated biomass, with purification according to the invention.
  • SSCF simultaneous enzymatic hydrolysis and fermentation
  • Figure 11 is a graph representing on the abscissa the ethanol concentration (in % by weight) of the aqueous reaction medium obtained at the end of treatment by enzymatic hydrolysis and fermentation of the pretreated biomass, and on the ordinate the energy consumption (in MJ per kg of ethanol) to separate the ethanol from the aqueous phase by distillation from said aqueous reaction medium.
  • Figures 1 and 3 are extremely schematic to facilitate understanding, and the reactor shown is therefore a symbolic representation, which is not to scale, which does not indicate its dimensions and shape, and does not show all the equipment necessary for its operation.
  • FIGS. 4 to 9 representing process block diagrams are also very simplified to facilitate understanding. They do not necessarily represent all the steps/equipment necessary for the processes described, focusing on the most significant steps/equipment/flows in view of the invention.
  • the invention integrates into a process for converting biomass, of lignocellulosic type, into sugar(s) or alcohol, a biochemical purification treatment of sweet juices containing C5 sugars, and, in a lower content/proportion, of C6 sugars, so as to reduce or even eliminate the C6 sugar content of these juices and thus obtain juices “purified” in C5 sugars, to benefit from them, in particular either to increase the conversion efficiency of the biomass (into alcohol more particularly), or to obtain sugars of higher quality/purity.
  • the invention focuses on processes with pretreatment of the biomass before enzymatic hydrolysis, pretreatment which results in the production of sweet juices mixing C5 sugars and C6 sugars.
  • This biochemical purification treatment brings the sugary juice into contact with C5 sugars and C6, juice obtained by treatment of material based on lignocellulosic biomass and mainly comprising C5 sugar, with a microorganism which selectively consumes C6 sugars: the C5 sugars are not modified, remaining almost intact in the juice , while the C6 sugars will gradually be consumed by the microorganism for its own growth and/or to be converted into another compound, for example in the form of alcohol in the case of fermentation.
  • the native yeast Saccharomyces Cerevisae consumes C6 sugars mainly to multiply under aerobic conditions, and consumes C6 sugars mainly to produce ethanol under anaerobic conditions.
  • the operating conditions of the treatment are adapted according to the initial content of C6 sugars and the final content of C6 sugars which is acceptable (no more C6 sugars at all, or a content lower than a given value): temperature, pH, duration , aeration, choice and concentration of the microorganism.
  • this pretreatment is an operation of impregnation of lignoculosic biomass with an acidic liquor, followed by a steam explosion operation of the impregnated biomass. At least part of the pretreated biomass undergoes a liquid/solid separation operation at the end of the pretreatment step, this liquid/solid separation step comprising a contact step between the pretreated lignocellulosic biomass and water, and a filtration and optionally washing step.
  • a liquid/solid separation step comprising a contact step between the pretreated lignocellulosic biomass and water, and a filtration and optionally washing step.
  • JO juice 550 kg of pretreated biomass are mixed with 1010 kg of water, then filtered and then pressed. After filtration and pressing, 885 kg of JO juice, also called C5 hydrolyzate, is obtained. As pretreatment takes place under acidic conditions, this juice has a pH of 2.
  • the concentration of compounds of interest in this OJ juice is given in Table 1 below, with concentrations expressed in g per kg of juice. Note that it is possible that the composition contains other impurities, which we have not attempted to analyze, for example of the salt (mineral) or acid type, in very low levels.
  • Sweet juices from pretreated biomass generally include a much higher quantity of C5 sugars than C6 sugars, and there is a need, to efficientlyze them, to separate the C5 sugars from the C6 sugars.
  • the techniques currently available are unsatisfactory (membrane filtration in particular), because they are complex to implement and generally do not make it possible to achieve the desired level of C5 sugar purity in the juice separated from C5 sugars.
  • sweet juice J0 defined in example 1.
  • a fermentation of the juice J0 is carried out with a microorganism, the yeast Saccharomyces cerevisae, in a native version, not genetically modified, and which has the particularity of selectively consuming C6 sugars, and not C5 sugars.
  • the yeast is inoculated at 0.5 g of yeast per kg of solution, or 60 g of yeast per kg of C6 sugars.
  • the experiment was carried out in a bioreactor for 6 hours, at 33°C and pH 5.3.
  • the treatment was carried out under anaerobic conditions to maximize the production of ethanol from C6 sugars by fermentation, and not the production of biomass.
  • This reaction can be carried out in batch, fed-batch or continuously. They can then be separated to treat/valorize them separately.
  • a base to regulate the pH and maintain the reaction medium in the conditions necessary for the activity of the chosen yeast, of the NH 4 OH, KOH or NaOH type for example
  • concentration of compounds of interest in the mixture in the initial state is given in Table 2 below, with concentrations expressed in g per kg of juice. Note that it is possible that the composition contains other impurities, which we have not attempted to analyze, such as salt or acid, in very low levels.
  • the reaction medium contains:
  • the fermentation lasted 6 hours and shows that the glucose, galactose and mannose (C6 sugars, dotted lines) are completely consumed. Arabinose and xylose (C5 sugars) are not consumed. Furfural and 5-HMF were consumed by the yeast which detoxifies its environment, to produce furfuryl alcohol and 5-hydroxymethyl furfuryl alcohol (also called 2,5-Bis(hydroxy methyl)furan) which do not inhibit yeast.
  • the yeasts consume the C6 sugars (mainly to produce ethanol) and the inhibitors (5-HMF and furfural) in six hours.
  • the medium contains a J1 juice whose composition is given in Table 2 below, with concentrations expressed in g per kg of medium: [Table 3]
  • C6 sugars (glucose + galactose + mannose), i.e. a consumption of 100% of C6 sugars - 37.3 kg of C5 sugars (xylose + arabinose), i.e. a consumption of only 1.6% of C5 sugars
  • the fermentation duration for the C6 sugars to be entirely consumed is 6 hours, which is a reasonable duration, which can be further lowered by playing, in particular, on the quantity added yeast, or if lower but not zero levels of C6 sugars are acceptable. Experiments have thus been carried out successfully with much shorter fermentation times, in particular from 30 minutes to 2 hours, for example a duration of approximately 1 hour.
  • Figure 3 represents a variant of Figure 2: starting from the same juice J0 as in Figure 1 and that in example 1, a fermentation is carried out this time in aerobic conditions of the juice J0 with the same microorganism as in the Example 2, the yeast Saccharomyces cerevisae, in a native version, not genetically modified, and which has the particularity of selectively consuming C6 sugars, and not C5 sugars.
  • a base to regulate the pH and maintain the reaction medium in the conditions necessary for the activity of the chosen yeast, of the NH 4 OH, KOH or NaOH type for example
  • juice J0 which contains in the aqueous phase C5 51 sugars, C6 52 sugars, 5-HMF 53, furfural 54, and acetic acid 60 and with the outgoing products:
  • yeast therefore has no action on C5 sugars, the content of which remains constant.
  • the yeast completely consumed both all the C6 sugars and the two inhibitors (5-HMF and furfural) as well as the acetic acid, to convert them at least in part into alcohols (another part can be consumed by yeast for its own growth).
  • Treatment with yeast therefore gives spectacular results, with a juice purified in C5 sugars which no longer contains C6 sugars at all, the inhibitors of which have been, simultaneously, completely eliminated as well, while multiplying the yeast.
  • hybrid process C aimed at obtaining both an alcohol and sugar(s)
  • FIG. 4 describes a conversion process without the purification step described above.
  • the figure references represent the following flows/devices/steps:
  • Solid/liquid separation (a belt filter or a filter press for example) to extract a sweet juice, with an optional washing step
  • Enzymatic cocktail mixture of one or more enzymes, notably containing cellulases, beta glucosidases, xylanases, etc.
  • reactor does not require that there be only one, and can be understood as a unit comprising at least one reactor.
  • tools such as filtration, solid/liquid separation, distillation column, etc. (for the sake of brevity).
  • Biomass 1 undergoes conditioning/pretreatment in unit 2 (possible mechanical grinding, dust removal, removal of any metal parts, then, here as an example, impregnation by a acid liquor and steam cooking/explosion of pretreated biomass 3).
  • a part of this pretreated biomass, flow 3a goes to a solid/liquid filtration tool 4, said tool also being supplied with water 5 as contacting and/or washing water.
  • the pretreated biomass is contacted with water to improve its filterability.
  • the mixture is then filtered through a belt filter and washed with water.
  • Another part of the pretreated biomass, stream 3b can go to the enzymatic hydrolysis reactor 14.
  • This reactor 14 is also supplied by stream 7 which is the solid fraction resulting from filtration in unit 4, which is therefore solid washed pretreated biomass.
  • the liquid fraction 6 is an aqueous sweet juice comprising mainly C5 sugars.
  • the flow 6a can go to the enzyme production reactor 8, which produces an enzymatic cocktail 10 to supply the enzymatic hydrolysis reactor 14: this flow can thus constitute a growth substrate and/or or production with respect to microorganisms of the Trichoderma reesei type which produce this mixture of enzymes 10.
  • All or part of this flow 6, flow 6b can also go to the reactor 11 for propagating yeasts 13 which feed the fermentation reactor 16.
  • the sweet juice 6b will be able to serve as a propagation substrate for yeasts, for example Saccharomyces, in particular the species Saccharomyces cerevisae.
  • the enzymatic hydrolysis operation 14 is preferably carried out in 2 stages: liquefaction with a fed-batch of substrate then enzymatic hydrolysis in batch, (possibly with two reactors in series, or in the same reactor), to work at the highest possible DM content and to convert lignocellulosic substrates whose rheology can be complex.
  • Neutralization of the medium can be carried out before enzymatic hydrolysis, for example by adding a basic solution in the case where the pretreatment is carried out in acidic conditions.
  • enzymatic hydrolysis and fermentation can be done simultaneously (SSCF). When they are done one after the other, an adjustment of the pH of the medium between units 14 and 16 can be carried out.
  • FIG 5 represents the method of Figure 4, but with the modifications according to the invention, and the following additional references:
  • the entire flow of pretreated biomass 3 first passes through the tool 4 before separation and sending of the solid portion to the hydrolysis reactor 14: it There is more than one flow 3/3a entering entirely into the tool 4, and the flow 3b is zero: the reactor 14 is no longer supplied with flow 3b.
  • This embodiment is more particularly recommended in the case of the production of sugar (figure 7), more than in the case of the production of alcohol (figure 5) or of sugar and alcohol (figure 9).
  • This scenario with zero 3b flow is therefore also part of the invention, whether it is a process for producing alcohol, sugar or an alcohol/sugar hybrid.
  • the ethanol-rich flow 31 can be introduced separately or mixed with the filtered wine at the inlet of the ethanol and water separation section 20, or into the fermenter 16.
  • the operating conditions of the stripper can be adjusted by so as to produce a flow rich in C5 sugars and a flow rich in ethanol.
  • the ethanol produced 31 can also be recycled to the pretreatment step 2 or to the biomass filtration and washing step 4.
  • the stream 32 of sweet juice comprising only C5 sugars can be used as a substrate for the production of enzymes, the propagation of yeasts or in fermentation.
  • the flow 6 containing more C5 sugars than C6 sugars is purified in the following way: it is brought into a biochemical purification reactor 24, which can include a preliminary step of neutralization of the juice 6, for example with a basic solution of sodium or potassium hydroxide, in the case where the pretreatment of the biomass was carried out in acidic conditions.
  • the reactor 24 is also supplied with microorganisms 25 (yeasts in particular) which have the particularity of consuming C6 sugars only.
  • the solid/liquid separation tool 27 makes it possible to recover a solid fraction 28, which includes insoluble yeasts which will be able, in whole or in part, to be recycled in the reactor 24.
  • the separated liquid fraction 29 is therefore a C5 sweet juice , without microorganisms and with less/no C6 sugars and possibly ethanol, which is a product of conversion of sugars to C6 by yeasts.
  • This fraction 29 is sent to a separation tool 30 which separates the sugars from the ethanol when there is ethanol in the fraction 29 in a measurable content.
  • the separated sweet juice 32 can be used in different ways: all or part in the form of a flow 6a' towards the production 8 of enzymes, all or part of a flow 6b' towards the propagation of yeasts for the fermentation 11 of the biomass (as in the process of Figure 4), and all or part of a flow 6c' can be sent to the fermentation reactor 16.
  • the ethanol flow 31 can be sent to the fermentation reactor 16 (either during fermentation, or be added to the flow leaving the reactor 16, or even be added to the flow 20 entering the device 21 for separating the ethanol
  • the relative proportion of flows 6a', 6b', 6c' can be modulated, particularly if the propagation of yeasts and/or the production of enzymes takes place in situ or ex situ (in this case flows 6a' and/or. 6b' do not exist).
  • a proportion of additional ethanol 6c' is added to the production of ethanol leaving the fermenter 16, at the level of the fermenter 16 or downstream thereof (we understand the terms “upstream” and “downstream” in this text depending on the general direction of the biomass through the installation).
  • Integrating the biochemical purification of the mixture of sugars 6 ultimately makes it possible to increase the quantity of ethanol produced for a given quantity of biomass, and therefore to increase its conversion efficiency.
  • Process B for converting biomass into sugars
  • Figure 6 represents the process without the purification according to the invention. This involves stopping the conversion of biomass at the sugar production stage, therefore without fermentation.
  • the sweet juice 20 mainly made up of C6 sugars is therefore the first final product which is valorized
  • the flow 6a can be used to serve as a substrate for the growth and/or production of enzymes in reactor 8 (if production of enzymes in situ)
  • stream 6b is the second final product which can be upgraded, a juice of sugars mainly in C5, but which still contains sugars in C6.
  • FIG 7 is a process which integrates the process of Figure 6 with the purification of sweet juice according to the invention: There we find the reactors/tools 24,27 and 30 of the process of Figure 5, which are operated in the same way .
  • sweet juice 6 containing mainly C5 sugars is, after purification and separation of the yeasts, purified into a juice 32, which is partly divided into a flow 6a' of C5 sugars to serve as a substrate for the growth/production of enzymes in the reactor 8 if the production of enzymes is done in situ, and in whole or in part in a 6d' flow, which is a purified C5 sweet juice that can be valued as such.
  • This C5 sugar juice referenced 6d' is very pure, purer than the juice from stream 6b of the process in Figure 6, it can therefore be used as is.
  • Hybrid C process for converting biomass into ethanol and sugar(s)
  • This flow 6d can be part of flow 6, or the entirety of this flow (if production of enzymes ex situ, and/or propagation of yeasts ex situ, or if we prefer to use other, external sources, for the growth/propagation of microorganisms/production of enzymes).
  • the process of Figure 9 integrates, in the process of Figure 8, the purification according to the invention: We find the reactors/tools 24,27 and 30 previously described, obtaining a purified flow 32 of C5 sugars, and that of a flow 6d' which constitutes all or part of the juice 32 and which constitutes a sweet juice purified in C5 sugars which can be valorized as is, in parallel with the production of ethanol 23.
  • the flow of ethanol 31 resulting from the separation 30 can, as in the case of the process of Figure 5, be reinjected into the fermenter 16, or downstream of the latter, mixed with the flow leaving the fermenter 16 or even upstream of the device 21 ( distillation column) separating ethanol from water.
  • the complex and costly physical separation of C5 and C6 sugars is thus avoided.
  • the hydrolyzate of lignocellulosic sugars composed of a mixture of sugars with 6 and 5 carbon atoms is purified into a hydrolyzate containing only sugars with 5 carbon atoms but also containing less/more compounds qualified as inhibitors such as furfural or 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF): These two compounds are for example inhibitors for fermentation reactions.
  • yeast S. Cerevisae can also consume acetic acid from the medium, which also inhibits fermentation reactions or the growth of the fungus T. Reesei.
  • Biochemical purification is carried out on a clear medium, it is easy to separate the microorganisms by solid/liquid separation, for example centrifugation or ultrafiltration membranes, to remove and recycle the microorganisms.
  • the ethanol produced can advantageously be used in the 2G sugar production process:
  • a fraction of the ethanol can also or alternatively be used as washing fluid for filtration step 4.
  • a fraction of the ethanol can also or alternatively be used as a washing fluid for the unconverted residual solid residue.
  • This makes it possible to increase the PCI (acronym for Lower Calorific Value) of the solid residue which can be burned in a cogeneration boiler for the production of electricity and steam, or to extract a soluble fraction for better recovery (basis fuel, or for bioproducts)
  • a fraction of the ethanol can also or alternatively be incorporated into the reaction medium of the enzymatic hydrolysis reactor 14, which makes it possible to limit the risks of contamination.
  • the separation step 30 of the purified sugars and the ethanol is carried out so as to concentrate the sugars up to a content of for example 50 g/kg, which is all the more advantageous as this sugar juice is used. for the production of enzymes and propagation of yeasts.
  • the purification steps are therefore perfectly integrated into the production of ethanol and/or 2G sugars. Examples using a biomass conversion process
  • Example 3 according to process A for converting biomass into ethanol
  • the reactions are carried out in SSCF, steps 14 (enzymatic hydrolysis) and 16 (ethanolic fermentation) are carried out in the same reactor and are carried out at a temperature of 33°C and pH 5.3 under anaerobic conditions.
  • step 30 of separating the ethanol from the C5 juice is not carried out.
  • the purification in step 24 makes it possible to reduce the concentration of 5-HMF (from 2.80 to 0.56 g/L) and furfural (from 1.60 to 0). .32 g/L) present at the start of the reaction. This purification also produces ethanol, from C6 sugars (2.84 g/L).
  • the ethanolic titer of the ethanol produced according to the process of Figure 5 according to the invention is 52.4 g/L compared to 49.3 g/L for the process of Figure 4. difference in ethanolic titer is even greater before 50 hours of reaction.
  • the invention makes it possible to go from 33.8 to 45.9 g/L of ethanol. This can be observed from the graph in Figure 10, which represents the changes in concentration in g/l of different compounds during the SSCF reaction (simultaneous enzymatic hydrolysis and fermentation):

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'une biomasse lignocellulosique, avec - a) une étape de prétraitement (2) de la biomasse, pour obtenir une biomasse prétraitée (3) - b) une première étape de séparation solide/liquide de tout ou partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) en une première fraction solide (7) et une première fraction liquide (6) comprenant un mélange de sucres - c) une étape d'hydrolyse enzymatique (14) de la première fraction solide (7) de biomasse prétraitée pour obtenir un hydrolysat (15) sous forme de sucre(s) - d) une étape de purification (24) de ladite première fraction liquide en mettant en contact ladite première fraction liquide (6) avec des micro-organismes ne consommant que les sucres C6, afin d'obtenir une fraction liquide purifiée (26) - e) une deuxième étape e) de séparation solide/liquide (27) de la fraction liquide purifiée (26).

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D’UNE BIOMASSE LIGNOCELLULOSIQUE
Domaine technique
La présente invention concerne le traitement de jus sucrés, notamment ceux dits de seconde génération (2G), qu’on peut obtenir à partir de biomasse lignocellulosique.
Ces jus sucrés peuvent être utilisés pour produire d’autres produits par voie chimique ou biochimique (par exemple des alcools comme l'éthanol, le butanol, ou d’autres molécules, par exemple des solvants tels que l’acétone, des produits intermédiaires utilisés dans l’industrie chimique, etc...), notamment en tant que substituts de dérivés pétrochimiques.
Technique antérieure
La biomasse lignocellulosique représente une des ressources renouvelables les plus abondantes sur terre. Les substrats considérés sont très variés, ils concernent à la fois des substrats ligneux comme différents bois (feuillus et résineux), des coproduits issus de l’agriculture (pailles de blé, rafles de maïs, etc...) ou d’autres industries, comme l’industrie agroalimentaire, papetière, etc...
Différents types de procédés existent pour convertir la biomasse lignocellulosique en jus sucrés selon le type de biomasse. S’il s’agit de plantes saccharifères (la betterave sucrière, la canne à sucre), de plantes amylacées (le maïs et le blé), on obtient des jus sucrés dits de première génération (1G), par exemple par des opérations d’extraction.
S’il s’agit de biomasse de type résidus agricoles, forestiers, papetiers, on obtient des jus sucrés dits de seconde génération (2G) par un procédé de transformation biochimique qui comprend généralement une étape de prétraitement et une étape d’hydrolyse enzymatique par un cocktail enzymatique. Le prétraitement comporte le plus souvent une étape d’imprégnation par une liqueur acide ou basique ou oxydante, puis une cuisson de la biomasse imprégnée qui est éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur. Les jus sucrés issus de l’hydrolyse peuvent ensuite être ensuite traités, par exemple par fermentation pour les convertir en alcool, et le procédé comprend également des étapes de séparation et/ou de purification.
Ces jus sucrés peuvent également provenir d’un mélange de jus sucrés provenant de différents types de biomasse.
La biomasse lignocellulosique est composée de trois principaux polymères : la cellulose (35 à 50% poids), qui est un polysaccharide essentiellement constitué d'hexoses ; l'hémicellulose (20 à 30% poids), qui est un polysaccharide le plus souvent essentiellement constitué de pentoses ; et la lignine (15 à 25% poids), qui est un polymère de structure complexe et de haut poids moléculaire, composé d'alcools aromatiques reliés par des liaisons éther. Ces différentes molécules sont responsables des propriétés intrinsèques de la paroi végétale et s'organisent en un enchevêtrement complexe.
Parmi les trois polymères de base qui intègrent la biomasse lignocellulosique, la cellulose et l'hémicellulose sont ceux qui permettent la production de jus sucrés 2G.
Le plus souvent, l’hémicellulose est majoritairement décomposée en sucres durant le prétraitement, et la cellulose est convertie en glucose par l’hydrolyse enzymatique. Toutefois, l’accès à la cellulose brute reste difficilement accessible aux enzymes, d’où la nécessité du prétraitement mentionné plus haut. Ce prétraitement permet de modifier les propriétés physico-chimiques de la biomasse lignocellulosique afin d’améliorer l'accessibilité de la cellulose aux enzymes et sa réactivité à l’hydrolyse enzymatique.
De nombreuses technologies intéressant l’invention pour réaliser ce prétraitement existent, qui seront ci-après regroupées sous le terme générique de « cuisson » : cuissons acides, cuissons alcalines, cuisson par auto-hydrolyse, explosion à la vapeur, procédés dits « organosolv pulping » selon le terme anglais connu (ou traitement avec organo-solvant en français). Ce dernier procédé concerne un prétraitement en présence d’un ou plusieurs solvants organiques et généralement d’eau. Le solvant peut être un alcool (éthanol), un acide type acide acétique, acide formique, ou encore l’acétone.
Différentes configurations sont reportées par exemple dans le document «Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review », M. Balat, Energy Conversion and Management 52 (2011 ) 858-875, ou encore dans le document « Bioethanol production from agricultural wastes : an overview », N. Sarkar, S. Kumar Ghosh, S. Bannerjee, K. Aikat, Renewable Energy 37 (2012) 19-27.
Un des prétraitements le plus efficace est l’explosion à la vapeur, notamment en condition acide, qui permet une hydrolyse presque totale de l’hémicellulose et une amélioration importante de l’accessibilité et de la réactivité de la cellulose aux enzymes. Ce prétraitement peut être précédé d’autre(s) traitement(s).
Ainsi, le prétraitement peut généralement comporter trois étapes qui sont la préparation de liqueur, l’imprégnation de la biomasse par cette liqueur et le prétraitement de la biomasse imprégnée, par exemple par cuisson éventuellement couplée à une explosion à la vapeur : Le brevet FR 3 075 203 décrit un procédé avec imprégnation de la biomasse avec une liqueur acide, puis cuisson et explosion à la vapeur de la biomasse imprégnée, avec un ajustement de l’acidité de la liqueur acide et un recyclage de celle-ci. Le brevet FR 3 075 201 décrit également un procédé de prétraitement de la biomasse par imprégnation acide puis explosion à la vapeur, avec en outre un lavage des moyens d’alimentation des réacteurs et recyclage des eaux de lavage dans le procédé.
Les jus sucrés ainsi obtenus à partir de biomasse lignocellu losique, notamment après son prétraitement ou après l’hydrolyse enzymatique dans le cas des sucres dits 2G, se présentent sous forme d’un mélange de sucres en phase aqueuse, où l’on trouve des sucres dits C5 (c’est-à-dire à 5 carbones), comme le xylose et l’arabinose, et des sucres dits C6 (c’est-à-dire à 6 carbones), comme le glucose, le mannose et le galactose.
Notamment dans le cas de jus sucrés de type 2G issus du prétraitement de la biomasse lignocellulosique, on observe pour la majorité des biomasses lignocellulosiques, dans le jus sucré, une proportion de sucres en C5 nettement supérieure à celle des sucres en C6. Par jus sucré, on entend que des sucres sont libérés par le prétraitement, et qu’ils peuvent être solubilisés en mélangeant la biomasse prétraitée avec de l’eau par exemple.
Or il existe des débouchés pour des jus sucrés en C5 spécifiquement (par exemple pour convertir le xylose en xylitol).
Dans une moindre mesure, ces jus sucrés peuvent aussi contenir du furfural ou des dérivés de furfural, des produits de dégradation des sucres, des alcools carboxyliques, des composés furaniques, qui sont des inhibiteurs de fermentation, ce qui est préjudiciable quand on veut poursuivre la conversion des jus sucrés en alcools par fermentation à l’aide de micro-organismes du type levures ou bactéries.
Par example, la publication « Removal of the Fermentation Inhibitor, Furfural, Using Activated Carbon in Cellulosic-Ethanol Production » de Kuang Zhang and al. (Industrial & Engineering Chemistry Research 2011 , 50, 14055-14060) démontre le caractère inhibiteur du furfural à une teneur de 4 g/L pour la bactérie Zymomonas mobiliz A3 lors de fermentations.
Il existe donc un besoin pour séparer ou purifier les sucres C5 des autres sucres, notamment les sucres C6, et éventuellement d’autres composés indésirables, afin d’obtenir des jus de sucres C5 purs, ou tout au moins avec une teneur augmentée en sucres C5 par rapport à d’autres sucres dans le jus sucré, et ceci tout particulièrement dans le contexte d’une production de sucres ou d’alcool à partir de biomasse lignocellulosique 2G.
Différentes techniques de purification/séparation ont déjà été envisagées.
Ainsi, la demande de brevet WO 2022/023686 décrit un traitement de biomasse comprenant un prétraitement puis une hydrolyse enzymatique pour obtenir un jus sucré comprenant du glucose, qui est ensuite clarifié puis purifié par filtration sur charbon actif, afin d’éliminer des matières en suspension et de capter certains contaminants solubles. C’est une technique simple, mais qui ne permet pas de séparer les sucres C5 des sucres C6.
La publication « Removal of furfural and HMF from monosaccharides by nanofiltration and reverse osmosis membranes” de Tielin Wang and al. (Journal of the Energy Institute 91 (2018) 473-480) propose de retirer le furfural et son dérivé d’un jus sucré pour augmenter le rendement de la fermentation du jus sucré, par des techniques de nanofiltration et de membranes osmotiques inversées. C’est une technique complexe et coûteuse, et qui ne permet pas de séparer les sucres C5 à la fois des sucres C6 et des dérivés de furfural, sauf à multiplier les opérations de filtration par membranes.
La demande de brevet US 2013/0149761 propose de provoquer la précipitation des composés qui ne sont pas des sucres à l’aide d’hydroxyde de baryum ou de calcium, afin d’obtenir un jus qui ne contient plus que des sucres du type glucose, xylose et autres sucres. Cette technique ne permet donc pas de séparer sélectivement les sucres, mais simplement de retirer du jus sucré des composés minoritaires qui sont des sous-produits du prétraitement de la biomasse.
Le brevet EP3990464 décrit la séparation du glucose, à partir d’un mélange de sucres C5 et de sucres C6, par adsorption de glucose sur un adsorbant zéolithique de type FAU. C’est une méthode intéressante, qui ne permet cependant pas une séparation optimale du glucose, qui présente une sélectivité qui peut être améliorée.
Le brevet EP3990668 décrit la séparation du xylose à partir d’un mélange de sucres C5 et de sucres C6, également par adsorption, ici du xylose, sur un adsorbant zéolithique de type FAU, avec la même limite en termes de sélectivité dans la séparation réalisée.
Or, dans un cas (séparation du glucose) comme dans l’autre (séparation du xylose), il peut être nécessaire, selon les applications visées, d’obtenir des sucres séparés extrêmement purs.
L’invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités. Elle a pour but d’améliorer les techniques de séparation sélective de sucres dans un jus sucré comprenant différents sucres, notamment des sucres C5 et des sucres C6, en visant notamment l’obtention de jus enrichi en sucres C5. (Par jus « enrichi », on entend que le jus sucré obtenu par l’invention a un ratio de sucres C5/C6 supérieur au ratio du jus sucré obtenu sans l’invention).
L’invention a également pour but d’intégrer cette séparation dans une ligne de production de sucre ou d’alcool à partir de biomasse lignocellulosique afin d’en améliorer le fonctionnement ou les performances, notamment de façon à obtenir une qualité supérieure de jus sucré dans le cas d’une production de sucre, et/ou de façon à obtenir un taux de conversion en alcool supérieur dans le cas d’une production d’alcool. Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet un procédé de traitement d’une biomasse lignocellulosique, ledit procédé comprenant
- a) une étape de prétraitement de la biomasse, comprenant une cuisson de la biomasse, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée,
- b) une première étape de séparation solide/liquide de tout ou partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue à l’étape a) en une première fraction solide (7) de biomasse prétraitée et une première fraction liquide (6) comprenant un mélange de composés, notamment en phase aqueuse, comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones et dont la teneur en poids de sucres C5 est supérieure à la teneur en poids de sucres C6,
- c) une étape d’hydrolyse enzymatique (14) de la première fraction solide (7) de biomasse prétraitée obtenue à l’étape b), pour obtenir un hydrolysat (15) sous forme de sucre(s), dont des sucres C6 avec 6 carbones,
- d) une étape de purification de ladite première fraction liquide en mettant en contact ladite première fraction liquide avec des premiers micro-organismes ne consommant, parmi les sucres de ladite fraction, essentiellement que les sucres C6, afin d’obtenir une fraction liquide purifiée, contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6,
- e) une deuxième étape de séparation solide/liquide de la fraction liquide purifiée contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape d) pour obtenir une deuxième fraction solide comprenant les premiers micro-organismes et une deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6.
On comprend dans le présent texte par « essentiellement que des sucres C6 » le fait que le microorganisme ne consomme pas le ou les autres sucres, notamment ceux en C5, présents dans le mélange, ou alors dans une proportion si faible qu’elle est négligeable/pas mesurable.
On désignera par soucis de concision, dans le présent texte, les sucres avec 5 carbones par sucres C5, et les sucres avec 6 carbones par sucres C6.
De préférence, la première fraction liquide contient des sucres issus en majorité, notamment en totalité, de la dépolymérisation des hémicelluloses présents dans la biomasse lignocellulosique. Cette première fraction est un jus sucré obtenu sans ajout d’enzymes, et obtenu à l’issue du prétraitement d’une biomasse lignocellulosique. L’invention a ainsi mis au point une nouvelle technique de séparation des sucres C5 et C6 dans un jus sucré issu du prétraitement de biomasse lignocellulosique : l’invention a sélectionné dans l’étape d) dite de purification un micro-organisme qui va sélectivement consommer le sucre, ici le sucre C6, que l’on veut retirer de la première fraction liquide qui est un jus sucré, afin d’obtenir une fraction liquide dite purifié en sucres C5, valorisable en tant que telle dans l’industrie chimique notamment, ou qui peut être utilisée dans une ligne de production d’alcool, notamment d’éthanol.
C’est une séparation par voie biochimique, plutôt que par voie physique ou chimique, qui est très intéressante : elle est à la fois plus simple à mettre en oeuvre que des techniques connues de filtration, et nettement plus performante et sélective.
Au sens de l’invention, le micro-organisme peut être un seul type de microorganisme ou une association de différents microorganismes.
Au sens de l’invention, le terme de « mélange en phase aqueuse de composés comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones » pourra aussi être désigné, par soucis de concision sous le terme de « jus sucré »
Au sens de l’invention, on comprend par « sucres » des sucres sous leur forme monomérique (et non sous une forme oligomérique/polymérique).
Au sens de l’invention, « jus » est équivalent à un mélange de composés en phase aqueuse : le jus est aqueux, il en est de même pour les première et deuxième fractions liquides du procédé de traitement selon l’invention décrit plus haut.
De façon générale dans le présent texte, sauf mention expresse contraire, toutes les fractions liquides sont aqueuses.
Dans cette étape d) de purification, le microorganisme va consommer le sucre C6 de la première fraction liquide au moins pour sa propre maintenance/métabolisme ou croissance : le sucre C6 peut ainsi disparaître, dans sa totalité ou quasi-totalité, en dosant de façon appropriée la quantité / l’activité du microorganisme en fonction de la quantité/concentration en sucres C6 de la première fraction liquide à purifier.
Le micro-organisme peut aussi, selon la quantité de sucres C6 présente dans la fraction liquide, selon les conditions opératoires mises en oeuvre (par exemple pH, température, aération...) et selon la quantité et le type de microorganisme choisi, convertir le sucre en un autre composé valorisable. (A noter cependant que le microorganisme peut aussi consommer une très faible quantité de sucre en C5 comme le xylose, mais il reste essentiellement consommateur en sucres C6). Ainsi, avantageusement, le micro-organisme peut convertir, au moins une partie, notamment la majorité, des sucres C6 en alcool, notamment en éthanol. La conversion en alcool n’est pas nécessairement complète, car le microorganisme peut utiliser un peu de sucres pour des sous-produits non-alcools ou pour son métabolisme. On comprend donc ici par « la majorité » le fait que le microorganisme peut convertir au moins la moitié des sucres C6 en éthanol (notamment plus que la moitié, par exemple au moins les deux tiers desdits sucres C6, voire quasiment leur totalité).
Or l’éthanol est un produit hautement valorisable : on va pouvoir aisément le séparer de la première fraction liquide purifiée. On peut par exemple séparer l’éthanol d’un mélange aqueux par distillation ou par entraînement par stripage. On peut aussi le conserver, en tout ou partie, en mélange avec les sucres C5, notamment pour exploiter ses propriétés antimicrobiennes.
Le micro-organisme utilisé dans l’étape d) de purification, notamment quand il s’agit de levure, est en suspension solide dans la première fraction liquide séparée. Dans la plupart des cas, donc, on prévoit de séparer ces micro-organismes solides, pour pouvoir valoriser le jus sucré purifié dépourvu de suspension de solide. Cette séparation, prévue dans l’étape e) de séparation solide/liquide du procédé selon l’invention, peut utiliser tout dispositif connu de l’homme du métier, comme un dispositif de filtration, de centrifugation, de décantation, de tamis, de cyclone, ou la combinaison de plusieurs de ces dispositifs par exemple.
Elle pourrait être optionnelle dans le cas où la fraction liquide purifiée serait utilisée, telle quelle ou après séparation de l’alcool qu’elle contient, par exemple pour une propagation de micro-organismes type levure ou une fermentation.
L’invention vient donc « intercaler » dans un procédé de traitement de biomasse visant à la convertir en sucres puis éventuellement en alcool, et qui prévoit, de façon connue, un prétraitement de la biomasse puis son hydrolyse enzymatique, puis son éventuelle fermentation, une étape de purification du jus sucré obtenu en fin de prétraitement, ce qui ouvre la voie à quantité de nouvelles possibilités de valorisation, de qualité de produit et de rendement de conversion de la biomasse, comme détaillé plus loin.
Avantageusement, seule une première partie de la biomasse prétraitée obtenue à l’étape a) est conduite vers la première étape b) de séparation solide/liquide et une deuxième partie (ou le reste) de la biomasse prétraitée est conduite directement à l’étape c) d’hydrolyse enzymatique. L’hydrolyse enzymatique peut alors être opérée sur les deux types de flux en même temps, l’un venant directement du prétraitement, l’autre ayant passé par une étape de séparation solide/liquide, la proportion relative du flux issu de la biomasse imprégnée qui va à la séparation solide/liquide et du flux issu de la biomasse imprégnée qui va directement à l’hydrolyse enzymatique est modulable, par exemple entre une proportion relative 90/10 à 10/90 en poids.
On peut ainsi conjointement opérer l’hydrolyse enzymatique à la fois
- sur le résidu solide issu de la séparation solide/liquide b), car ce résidu contient encore des composés convertibles en sucres par hydrolyse enzymatique,
- et sur de la biomasse prétraitée issue directement du prétraitement, ce qui permet de maintenir un rendement de conversion par hydrolyse enzymatique élevé par rapport à la quantité de biomasse initiale, malgré le prélèvement d’une portion de biomasse prétraitée pour en récupérer les sucres solubles.
L’étape b) de séparation solide/liquide peut, selon un mode de réalisation préféré, comporter une première étape de contactage entre la biomasse lig nocellulosique prétraitée et de l’eau, puis une deuxième étape de filtration, et optionnellement un lavage.
Lorsque l’étape b) de séparation solide/liquide comprend une étape de contactage de la biomasse prétraitée avec un fluide puis une étape de lavage, celle-ci peut s’effectuer en cocourant ou contre-courant, en utilisant notamment une partie de la fraction liquide récupérée comme fluide de lavage et/ou de contactage.
L’étape b) de séparation solide/liquide peut, selon un mode de réalisation préféré, être effectuée sur une unité de filtration, notamment un filtre à bande ou un filtre-presse, par centrifugation ou par décantation.
Le procédé selon l’invention peut également comprendre une étape f) de fermentation par des troisièmes micro-organismes de l’hydrolysat sous forme de sucre(s) obtenu à l’étape c), afin d’obtenir une biomasse fermentée comprenant au moins un alcool, notamment de l’éthanol. Il s’agit alors d’un procédé de production d’alcool type éthanol qui peut servir de biocarburant.
Et dans ce cas, selon un mode de réalisation préféré, les étapes d’hydrolyse enzymatique b) et de fermentation f) peuvent être réalisées simultanément. On parle alors de SSCF pour « Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation » en anglais.
De préférence, on recycle dans l’étape d) de purification au moins une partie de la deuxième fraction solide comprenant les premiers micro-organismes obtenus à l’étape e). En effet, les micro-organismes conservent une certaine activité pendant un certain temps pour une certaine concentration en sucres, ici en sucres C6, activité qui va au-delà d’une seule production quand la purification se fait, par exemple, de façon discontinue, en batch dans un réacteur dédié : on peut ainsi récupérer les micro-organismes de la fraction liquide purifiée et les réintroduire dans le réacteur où se déroule la purification, pour les n productions suivantes avec éventuel apport de micro-organismes supplémentaires si nécessaire, au fur et à mesure que leur activité décroît.
Avantageusement, la deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) contient de l’alcool, notamment de l’éthanol, obtenu par conversion de tout ou partie des sucres C6 sous l’action des premiers micro-organismes, comme vu plus haut. On peut alors, selon l’invention, séparer dans une étape g), notamment par évaporation ou stripage, ladite deuxième fraction liquide en une troisième fraction liquide enrichie en sucres et une quatrième fraction liquide enrichie en alcool. Cette séparation entre sucre(s) et alcool peut en effet présenter différents avantages selon le produit/les produits qu’on veut valoriser.
Ainsi, si on veut valoriser une fraction liquide très pure en sucres C5, il peut être nécessaire, pour respecter un taux de pureté donné, d’en retirer l’alcool qu’elle contient. On peut aussi n’en retirer qu’une partie, pour qu’une teneur résiduelle en alcool dans la solution de sucres lui garantisse un effet anti-microbien.
Par ailleurs, l’éthanol est en soi un produit valorisable, de deux manières : soit directement en tant que produit valorisable, soit en le réintégrant dans le procédé de l’invention, s’il vise une conversion de biomasse en alcool (éthanol) : on peut ainsi, par exemple, l’ajouter à l’éthanol obtenu dans le procédé par hydrolyse enzymatique/fermentation, puis distillation (pour le déshydrater) : on peut mélanger les deux flux d’éthanol soit en amont, soit en aval du dispositif de déshydratation type colonne de distillation de l’installation. On peut ainsi augmenter le rendement de conversion de la biomasse en éthanol du procédé.
Avantageusement, on peut aussi envoyer tout ou partie de la quatrième fraction liquide contenant l’alcool obtenue à l’étape g) vers l’étape f) de fermentation, ou, comme détaillé plus haut, mélanger tout ou partie de ladite quatrième fraction liquide avec la biomasse fermentée comprenant au moins un alcool obtenu à l’issue de l’étape f) de fermentation.
Le procédé selon l’invention peut également comprendre une étape h) de production d’enzymes à partir de deuxièmes micro-organismes, notamment des champignons, afin d’utiliser lesdites enzymes pour assurer l’hydrolyse enzymatique de l’étape c). Et dans ce cas, on peut envoyer tout ou partie de la deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou de la troisième fraction liquide enrichie en sucres obtenue à l’étape g) vers ladite étape h) en tant que substrat de croissance des deuxièmes micro-organismes et/ou de production d’enzymes par lesdits micro-organismes. On est ici dans le cas de figure où le procédé intègre une production in situ d’enzymes pour opérer l’hydrolyse enzymatique de la biomasse prétraitée (l’autre alternative étant d’amener sur le site de production des enzymes produites sur un autre site). Et dans ce cas, les fractions liquides (en tout ou partie) obtenues selon l’invention du fait de l’introduction de l’étape de purification, et qui contiennent des sucres C5, sont particulièrement appropriées pour la croissance de champignons et pour la production d’enzymes.
A noter qu’on peut, également ou alternativement, envoyer tout ou partie de l’hydrolysat obtenu à l’issue de l’hydrolyse enzymatique et contenant des sucres, notamment du glucose, à l’étape h) de production d’enzyme en tant que substrat de croissance des deuxièmes micro-organismes, ou de production d’enzymes par ceux-ci.
Le procédé selon l’invention peut également comprendre une étape i) de propagation de troisièmes micro-organismes de fermentation, afin d’utiliser lesdits micro-organismes, notamment des levures, pour assurer la fermentation de l’étape f) quand elle est prévue. On est ici dans le cas de figure où les micro-organismes sont propagés in situ, sur le site de traitement de la biomasse. Et dans ce cas, on peut envoyer tout ou partie de la deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou la troisième fraction liquide enrichie en sucres obtenue à l’étape g) vers ladite étape i) en tant que substrat de propagation desdits troisièmes micro-organismes. Là encore, ces fractions (en tout ou partie) sont particulièrement appropriées pour aider à la propagation des microorganismes de type levures utilisées pour la fermentation de la biomasse hydrolysée, appelée aussi hydrolysat.
Selon le procédé de l’invention, on peut aussi envoyer tout ou partie de la deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou la troisième fraction liquide enrichie en sucres obtenue à l’étape g) à l’étape f) de fermentation. Dans ce cas, quand on vise la production d’alcool, les sucres en C5 contenus dans cette ou ces fractions poursuivent leur conversion en alcool avec l’hydrolysat issu de la biomasse.
On voit ainsi que l’une, l’autre ou les deux fractions liquides (ou au moins une partie de l’une ou l’autre de ces fractions) contenant des sucres C5 et obtenues du fait de la purification prévue par l’invention, peuvent être utilisées selon au moins trois modes différents, chacun de ces modes pouvant être opéré alternativement ou cumulativement avec les deux autres. Le choix sera fait, notamment, selon que les micro-organismes de fermentation et de production d’enzymes sont produits in situ ou pas, selon que le produit visé final est une solution de jus de sucres C5 ou de l’alcool (éthanol) voire les deux, et même selon le type de biomasse, car la teneur relative en sucres C6 de la 1ère fraction liquide avant purification est variable selon la biomasse choisie.
La première fraction liquide obtenue à l’étape b) peut aussi comprendre du furfural. C’est tout particulièrement le cas quand la fraction liquide à purifier est issue d’une biomasse prétraitée en conditions acides. Et les premiers micro-organismes peuvent avantageusement aussi consommer du furfural, notamment au moins en partie par conversion du furfural en alcool, notamment en alcool furfurylique. Là encore, cette consommation est très intéressante, dans la mesure où le furfural est connu pour être un inhibiteur vis-à-vis de réactions fermentaires (utilisant des levures): on améliore ainsi la productivité et les rendements d’éventuelles conversions biochimiques prévues pour le jus purifié. On a aussi pu observer que le furfural peut aussi être un inhibiteur vis-à-vis de la croissance de micro-organismes produisant des enzymes, notamment du champignon Trichoderma Reesei.
La première fraction liquide obtenue à l’étape b) peut aussi comprendre du 5-hydroxyméthyl furfural 5-HMF. C’est tout particulièrement le cas quand la fraction liquide à purifier est issue d’une biomasse prétraitée en conditions acides. Et les premiers micro-organismes peuvent avantageusement aussi consommer du 5-hydroxymethyl furfural, notamment au moins en partie par conversion du 5-hydroxymethyl furfural en alcool 5-hydroxyméthyfurfurylique.
Là encore, cette consommation est très intéressante, dans la mesure où le 5-HMF est également connu pour être un inhibiteur vis-à-vis de réactions fermentaires : on améliore ainsi les rendements d’éventuelles conversions biochimiques prévues pour le jus purifié.
La première fraction liquide à purifier comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones peut aussi comprendre d’autres composés de dégradation des sucres en C5 ou C6, notamment des composés furaniques, des acides organiques, des composés à haut poids moléculaire, notamment quand elle est issue du prétraitement de biomasse lignocellulosique à haute température ou par solvant.
Ce qui est avantageux, et surprenant, dans le procédé selon l’invention, c’est que la purification biochimique selon l’invention de cette première fraction liquide reste performante, même quand la fraction liquide contient ce type de composés, alors qu’on aurait pu craindre qu’ils ne jouent potentiellement un rôle d’in hibiteur(s) vis-à-vis de la conversion des sucres C6 lors de la purification selon l’invention.
La première fraction liquide à purifier peut aussi comprendre des sels minéraux.
La première fraction liquide à purifier peut aussi comprendre des sucres sous forme oligomérique. De préférence, les premiers et troisièmes micro-organismes sont choisis parmi les levures, les bactéries, les champignons, et notamment parmi les levures dans le genre Saccharomyces, notamment l’espèce Saccharomyces cerevisae ou, parmi les bactéries, dans le genre Corynebacterium, notamment l’espèce Corynebacterium, Zymomonas mobilis. Le choix de Saccharomyces cerevisae, notamment, est intéressant, car la souche sauvage consomme naturellement les sucres C6, mais pas les sucres C5, et des travaux ont porté pour le modifier génétiquement afin qu’il soit justement apte à consommer les deux types de sucres : l’invention préconise ainsi de revenir à la version non modifiée génétiquement de cette levure/la version native, notamment pour le premier micro-organisme, justement pour exploiter sa sélectivité vis-à-vis des sucres, jusque-là perçue comme un inconvénient.
De préférence, les deuxièmes micro-organismes sont choisis parmi les champignons, notamment les champignons filamenteux, de préférence ceux du genre Trichoderma, notamment Trichoderma reesei.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le prétraitement selon l’étape a) de la biomasse comprend
- a1) une sous-étape d’imprégnation de la biomasse par une liqueur, notamment acide, pour obtenir une biomasse imprégnée (alternativement, la liqueur peut être basique ou oxydante ou être uniquement de l’eau)
- a2) une sous-étape de cuisson de la biomasse imprégnée, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée.
Le procédé selon l’invention peut aussi comprendre une étape j) de séparation, notamment par distillation, de la biomasse fermentée sous forme d’alcool obtenue à l’étape f), avec une éventuelle étape k) de séparation solide/liquide de la biomasse fermentée avant ou après ladite étape j) de séparation.
L’étape j) permet notamment de déshydrater l’alcool, et sa réalisation préférée utilise une colonne à bière pour opérer une distillation, permettant de récupérer, en tête de colonne, l’éthanol que l’on cherche à produire, et en fond de colonne des vinasses.
L’éventuelle étape k) est de préférence opérée avant l’étape j) de séparation, pour éviter tout risque de traces de résidu solide dans la colonne à distiller, quand l’étape j) est opérée par distillation.
De préférence, la purification d) de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones avec le micro-organisme est réalisée à une température comprise entre 20 et 60°C, notamment entre 25 et 40°C, notamment entre 30 et 35°C. La température du traitement est à adapter en fonction du micro-organisme choisi, chaque microorganisme ayant une plage de température où son activité est maximale.
Avantageusement, la purification d) de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones avec le micro-organisme a une durée comprise entre 5 minute et 15 heures, notamment entre 10 minutes et 8 heures.
Avantageusement, la purification d) de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones avec le micro-organisme peut s’effectuer en batch, en fed-batch de ladite fraction liquide, ou en continu.
Le microorganisme sélectionné qui va sélectivement consommer le sucre C6 selon l’invention, c’est-à-dire le premier micro-organisme peut être ajouté en une seule fois directement avec la première fraction liquide, ou selon une alimentation séquentielle, indépendamment ou non de l’alimentation de la première fraction liquide.
La durée de l’étape d) de purification est à ajuster en fonction du type et de la quantité de microorganisme utilisé, en fonction de la quantité de sucres C6 dans la fraction liquide à purifier, en fonction de la quantité de composés dits inhibiteurs du micro-organisme (des composés furaniques comme le furfural ou le 5-hydroxymethyl furfural, des acides carboxyliques comme l’acide acétique ou l’acide formique, ou des composés phénoliques) pour la levure Saccharomyces Cerevisae, et en fonction de la teneur finale en sucres C6 acceptable dans le jus purifié, ou, exprimé autrement, en fonction du degré de pureté en sucres C5 recherché.
Avantageusement, la purification d) de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones avec le micro-organisme peut être opérée à un pH compris entre 2 et 10, notamment entre 4 et 6, notamment entre 4,5 et 5,5.
Avantageusement, la purification d) de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones avec le micro-organisme peut être opéré en condition aérobie ou anaérobie, selon le microorganisme choisi et le produit désiré (alcool, croissance du microorganisme...) de la consommation des sucres.
Avantageusement, la concentration en micro-organismes de la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones est comprise entre 1 et 200 g/kg de sucres C6, notamment entre 10 et 30 g/kg de sucres C6. La biomasse dont est issue la première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones, est de type lignocellu losique, provenant notamment de résidus forestiers et/ou agricoles et/ou papetiers, et/ou de plantes saccharifères et/ou de plantes amylacées et/ou de Fractions Fermentescibles d’Ordures Ménagères (FFOM).
Le prétraitement de biomasse dont est issue la première fraction liquide peut être une hydrolyse (sans enzyme) ou prétraitement de la biomasse comprenant notamment une imprégnation de la biomasse par une liqueur acide ou basique ou oxydante suivie d’une cuisson de la biomasse imprégnée, notamment une cuisson avec explosion à la vapeur.
La première fraction liquide comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones est obtenue de préférence, selon l’invention, après une étape de séparation solide/liquide b) mettant de préférence en oeuvre une biomasse prétraitée par explosion à la vapeur éventuellement repulpée avec un solvant (de l’eau notamment) et éventuellement lavée avec un solvant (de l’eau notamment).
L’invention a également pour objet la première fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention (c’est-à- dire le « jus purifié » selon l’invention, avant ou après séparation d’avec les microorganismes par séparation solide/liquide) : elle a ainsi pour objet un liquide comprenant un mélange de composés en solution aqueuse, qui comprend des sucres en C5 et des produits de conversion des sucres en C6 et éventuellement des autres composés minoritaires présents dans le jus à purifier.
Par exemple, ces produits de conversion des sucres en C6 et autres composés minoritaires sont des alcools tels que de l’éthanol, de l’alcool 5-hydroxyméthyfurfurylique et de l’alcool furfurylique, notamment dans les concentrations suivantes ;
- sucres C5 : entre 10 et 100 g/kg de solution, notamment entre 20 et 60 g/kg de solution
- éthanol : entre 1 et 12 g/kg de solution, notamment entre 2 et 7 g/kg de solution
- alcool 5-hydroxyméthyfurfurylique : entre 0,1 et 9 g/kg de solution, notamment entre 0,2 et 4 g/kg de solution
- alcool furfurylique : entre 0,05 et 9 g/kg de solution, notamment entre 0,1 et 3,8 g/kg, notamment entre 0,1 et 1 ,8 g/kg de solution
La première fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention peut ainsi contenir des alcools, notamment un alcool qui est issu de la conversion des sucres C6 sous l’action du microorganisme, par exemple l’éthanol, le butanol ou lïsopropanol, et des alcools issus notamment de la conversion des deux inhibiteurs (furfural et 5-HMF), également sous l’action du microorganisme.
Les produits de conversion des sucres C6 peuvent être également des micro-organismes eux-mêmes, notamment des levures, dans le cas où le traitement selon l’invention est réalisé en conditions aérobies. Les sucres C6 sont en effet consommés par le microorganisme pour sa propre croissance ou sa maintenance.
Avantageusement, la fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention contient moins de 0,5 g/kg de solution de sucres C6, et de préférence aucun sucre C6, moins de 0,1 g/kg de solution de furfural, notamment aucun furfural, et moins de 0,1 g/kg de solution de 5-hydroxymethyl furfural, notamment aucun 5-hydroxymethyl furfural.
Avec l’invention, on peut donc aller jusqu’à supprimer complètement (par consommation ou conversion) tout le sucre C6 du jus sucré initial, et il en est de même pour les deux dérivés furaniques : selon les contraintes de degré de pureté du jus purifié en sucres C5, on peut donc éliminer le sucre C6, ou tout au moins le maintenir à une teneur très faible, au niveau d’une teneur acceptable en impuretés par exemple.
Avantageusement, la fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention contient les composés suivants :
- glucose : entre 0 et 0,3 g/kg de solution
- xylose : entre 9 et 91 g/kg de solution
- arabinose : entre 1 et 9 g/kg de solution
- galactose : entre 0 et 0,1 g/kg de solution
- mannose : entre 0 et 0,1 g/kg de solution
- alcool 5-hydroxyméthyfurfurylique : entre 0,1 et 9 g/kg de solution
- alcool furfurylique : entre 0,05 et 3,8 g/kg de solution
- éthanol : entre 0 et 7 g/kg
La première fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention peut aussi contenir des alcools carboxyliques, comme de l’acide acétique, de l’acide formique ou de l’acide lévullinique, Avantageusement, la première fraction liquide purifiée obtenue à l’étape d) ou la deuxième fraction liquide obtenue à l’étape e) selon le procédé de l’invention (« jus purifié » avant ou après séparation d’avec les microorganismes par séparation solide/liquide) contient moins de 8 g/kg d’acide acide acétique, de préférence moins de 5 g/kg d’acide acétique. Le jus purifié selon l’invention peut aussi contenir des sucres sous forme oligomérique, par exemple des composés de type arabinoxylanes, des oligomères de pentoses et d’hexose.
Avantageusement le jus purifié selon l’invention contient entre 0% et 100% de sucres oligomères par rapport aux sucres monomères, de préférence entre 0,1% et 50%, notamment entre 0,1% et 20% de sucres oligomères par rapport aux sucres monomères.
L’invention a également pour objet l’utilisation du jus purifié décrit plus haut, qui est donc un jus sucré à très haute teneur en sucres C5 (par rapport à sa teneur en sucres C6), pour convertir les sucres C5 par voie chimique, notamment pour convertir le xylose en xylitol, ou par voie biochimique, notamment pour servir de substrat carboné pour la propagation de levures ou pour l’induction de champignons pour la production d’enzymes.
Le xylose est considéré comme une molécule plateforme, et de nombreuses voies de valorisation sont possibles (xylitol, monoéthylène glycol, propanol, butanol, acide lactique, acide succinique ...).
L’invention a également pour objet toute installation de traitement d’une biomasse lignocellu losique mettant en oeuvre le procédé de traitement de biomasse décrit plus haut.
L’invention a également pour objet une installation de traitement d’une biomasse lignocellulosique, ladite installation comprenant
- a) une unité de prétraitement de la biomasse, comprenant un dispositif de cuisson de la biomasse, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée
- b) une première unité de séparation solide/liquide (4), comprenant notamment un dispositif de filtration, de tout ou partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue dans l’unité a) en une première fraction solide (7) de biomasse prétraitée et une première fraction liquide (6) comprenant un mélange de composés, notamment en phase aqueuse, comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones et dont la teneur en poids de sucres C5 est supérieure à la teneur en poids de sucres C6
- c) une unité d’hydrolyse enzymatique (14) de la première fraction solide (7) de biomasse prétraitée obtenue à l’étape b), pour obtenir un hydrolysat (15) sous forme de sucre(s), dont des sucres C6 avec 6 carbones,
- une unité d) de purification de ladite première fraction liquide avec mise en contact de ladite première fraction liquide avec des premiers micro-organismes ne consommant, parmi les sucres de ladite fraction, essentiellement que les sucres C6, afin d’obtenir une fraction liquide purifiée, contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6
- une deuxième unité e) de séparation solide/liquide, comprenant notamment au moins un dispositif de filtration ou de centrifugation, de la fraction liquide purifiée contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue dans l’unité d) pour obtenir une deuxième fraction solide comprenant les premiers micro-organismes et une deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6.
Avantageusement selon une variante, seule une première partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue dans l’unité a) de prétraitement est conduite vers la première unité b) de séparation solide/liquide, et une deuxième partie de la biomasse prétraitée (tout le reste du flux de biomasse prétraitée, de préférence) est conduite directement à l’unité c) d’hydrolyse enzymatique.
L’unité b) de séparation solide/liquide peut, selon un mode de réalisation préféré, comprendre un premier dispositif de contactage entre la biomasse lignocellu losique prétraitée et de l’eau, puis un deuxième dispositif de filtration, et optionnellement de lavage, (on peut utiliser le même dispositif avec deux fonctions, ou deux dispositifs distincts).
Avantageusement, dans cette installation, la deuxième fraction liquide contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue dans l’unité e) contient de l’alcool, notamment de l’éthanol, obtenu par conversion de tout ou partie des sucres C6 sous l’action des premiers micro-organismes, et ladite installation comprend une unité g) de séparation de ladite deuxième fraction liquide en une troisième fraction liquide enrichie en sucres et une quatrième fraction liquide enrichie en alcool, ladite unité g) de séparation comprenant au moins un dispositif d’évaporation ou de stripage.
L’invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée, à l’aide d’exemples non limitatifs et des figures suivantes :
Liste des figures
La figure 1 est une représentation très schématique d’un réacteur mettant en oeuvre l’étape d) de purification du procédé de traitement selon l’invention, et représentant les composés d’intérêt entrant et sortant du réacteur.
La figure 2 est un graphe représentant en abscisse la durée de l’étape d) de purification du procédé selon l’invention (en heures) et en ordonnée l’évolution des concentrations en composés d’un mélange de sucres traité selon l’invention, en g/kg de milieu réactionnel. Les abréviations dans la figure 2 signifient : glu : glucose xyl : xylose ara : arabinose gal : galactose man : mannose
La figure 3 est une représentation très schématique d’un réacteur mettant en oeuvre l’étape d) de purification du procédé de traitement selon l’invention, et représentant les composés d’intérêt entrant et sortant du réacteur en conditions aérobies, pour propager les microorganismes (levures).
La figure 4 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellu losique en vue de la convertir en alcool (éthanol), sans mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 5 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellu losique en vue de la convertir en alcool (éthanol), qui modifie le procédé de la figure 4 pour mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 6 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique en vue de la convertir en sucre(s), sans mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 7 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique en vue de la convertir en sucre(s), qui modifie le procédé de la figure 6 pour mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 8 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique en vue de la convertir pour partie en sucre(s), pour partie en alcool (éthanol), sans mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 9 représente sous forme d’un schéma-bloc un procédé de traitement de biomasse lignocellulosique en vue de la convertir pour partie en sucre(s), pour partie en alcool (éthanol), qui modifie le procédé de la figure 8 pour mettre en oeuvre la purification selon l’invention.
La figure 10 est un graphe représentant en abscisse le temps, exprimé en heures, et en ordonné, selon l’axe vertical à gauche les concentrations en furfural et 5 HMF exprimées en g/l, et selon l’axe vertical à droite la concentration en éthanol en g/l, lors de la réalisation d’une hydrolyse enzymatique et d’une fermentation simultanées (SSCF) d’une biomasse prétraitée, avec une purification selon l’invention.
La figure 11 est un graphe représentant en abscisse la concentration en éthanol (en % poids) du milieu réactionnel aqueux obtenu en fin de traitement par hydrolyse enzymatique et fermentation de la biomasse prétraitée, et en ordonnée la consommation énergétique (en MJ par kg d’éthanol) pour séparer par distillation l’éthanol de la phase aqueuse à partir dudit milieu réactionnel aqueux.
Les figures 1 et 3 sont extrêmement schématiques pour en faciliter la compréhension, et le réacteur représenté est donc une représentation symbolique, qui n’est pas à l’échelle, qui ne présage pas de ses dimensions et forme, et ne faisant pas figurer tout l’équipement nécessaire à son fonctionnement.
Les figures 4 à 9 représentant des schémas bloc de procédés sont également très simplifiées pour en faciliter la compréhension. Elles ne représentent pas nécessairement toutes les étapes/équipements nécessaires aux procédés décrits, se concentrant sur les étapes/équipements/flux les plus significatifs au vu de l’invention.
Les références gardent la même signification d’une figure à l’autre.
Description des modes de réalisation
L’invention intègre dans un procédé de conversion de biomasse, de type lignocellu losique, en sucre(s) ou en alcool, un traitement de purification biochimique de jus sucrés contenant des sucres en C5, et, dans une moindre teneur/proportion, des sucres en C6, de façon à diminuer voire supprimer la teneur en sucres en C6 de ces jus et obtenir ainsi des jus « purifiés » en sucres C5, pour en tirer bénéfice, notamment soit pour augmenter le rendement de conversion de la biomasse (en alcool plus particulièrement), soit pour obtenir des sucres de plus haute qualité/pureté.
En effet, dans le processus de traitement de biomasse, l’invention s’intéresse aux procédés avec prétraitement de la biomasse avant hydrolyse enzymatique, prétraitement qui entraîne la production de jus sucrés mélangeant des sucres en C5 et des sucres en C6.
On va donc décrire :
- dans un premier temps, et à l’aide des figures 1 à 3, l’étape de purification des jus sucrés,
- puis, dans un second temps, et à l’aide des figures suivantes, le procédé de conversion de biomasse lignocellulosique produisant ces jus sucrés et intégrant cette étape de purification pour en tirer bénéfice.
Etape de purification des jus sucrés
Ce traitement biochimique de purification est une mise en contact du jus sucré en sucres C5 et C6, jus obtenu par traitement de matière à base de biomasse lignocellu losique et comprenant majoritairement du sucre en C5, avec un microorganisme qui consomme sélectivement les sucres en C6 : les sucres en C5 ne sont pas modifiés, restent quasi-intacts dans le jus, alors que les sucres en C6 vont progressivement être consommés par le microorganisme pour sa propre croissance et/ou pour être convertis en un autre composé, par exemple sous forme d’alcool dans le cas d’une fermentation.
Par exemple, la levure native Saccharomyces Cerevisae consomme les sucres en C6 majoritairement pour se multiplier en conditions aérobies, et consomme les sucres en C6 majoritairement pour produire de l’éthanol en conditions anaérobies.
Les conditions opératoires du traitement sont adaptées en fonction de la teneur initiale en sucres C6 et de la teneur finale en sucres C6 qui est acceptable (plus de sucres C6 du tout, ou une teneur inférieure à une valeur donnée) : température, pH, durée, aération, choix et concentration du microorganisme.
Exemples de purification des jus sucrés
Exemple 1 (comparatif)
On part d’un jus sucré initial JO issu de biomasse prétraitée par imprégnation acide de la biomasse puis explosion à la vapeur, conformément à l’enseignement du brevet FR 3 083 126 précité, auquel on se rapportera pour plus de détails.
Succinctement, ce prétraitement est une opération d’imprégnation de biomasse lig nocellulosique par une liqueur acide, suivie par une opération d’explosion vapeur de la biomasse imprégnée. Au moins une partie de la biomasse prétraitée subit une opération de séparation liquide/solide à l’issue de l’étape de prétraitement, cette étape de séparation liquide/solide comprenant une étape de contactage entre la biomasse lignocellulosique prétraitée et de l’eau, et une étape de filtration et optionnellement de lavage. Pour obtenir le jus JO, 550 kg de biomasse prétraitée sont mélangés avec 1010 kg d’eau, puis filtrés puis pressés. Après filtration et pressage, 885 kg d’un jus JO, appelé aussi hydrolysat C5, est obtenu. Le prétraitement se déroulant dans des conditions acides, ce jus a un pH de 2.
La concentration en composés d’intérêt de ce jus JO est donnée dans le tableau 1 ci- dessous, avec des concentrations exprimées en g par kg de jus. A noter qu’il est possible que la composition contienne des impuretés autres, qu’on n’a pas cherché à analyser, par exemple du type sel (minéral) ou acide, dans de très faibles teneurs.
[Table 1]
On voit que 82% des sucres du jus JO sont des sucres C5, que 18% des sucres sont des sucres C6, et que sont également présents, en des teneurs bien inférieures aux sucres, du 5-HMF et du furfural, connus pour inhiber des réactions biochimiques qu’on peut envisager d’opérer sur les sucres par la suite (par exemple pour des fermentations éthanoliques avec des levures).
Les jus sucrés issus de biomasse prétraitée comprennent généralement une quantité bien supérieure de sucres C5 à celle des sucres C6, et il y a un besoin, pour les valoriser, de séparer les sucres C5 des sucres C6. Or les techniques actuellement disponibles sont peu satisfaisantes (filtrations par membrane notamment), car elles sont complexes à mettre en oeuvre et ne permettent généralement pas d’atteindre dans le jus séparé de sucres C5 le niveau de pureté en sucres C5 recherché.
Par example, la publication « Removal of furfural and HMF from monosaccharides by nanofiltration and reverse osmosis membranes” de Tielin Wang and al. (Journal of the Energy Institute 91 (2018) 473-480) conclut que les membranes les plus performantes pour séparer le 5-HMF et le furfural d’un jus sucré sont les membranes Desal-5 DK et Alfa Laval- NF (moins de 2% de rétention pour le 5-HMF et le furfural) mais qu’elles conduisent à une perte de sucres trop importante (de 2 à 8% pour le glucose et de 10 à 20% pour le xylose).
La publication « Removal of the Fermentation Inhibitor, Furfural, Using Activated Carbon in Cellulosic-Ethanol Production » de Kuang Zhang and al. (Industrial & Engineering Chemistry Research 2011 , 50, 14055-14060) conclut quant à elle que le charbon actif commercial Norit_1240 de Norit Company peut réduire sélectivement la concentration en furfural d’une solution modèle de jus sucré de 4 g/L à 0 g/L, mais les sucres C6 (ici le glucose) ne sont pas sélectivement séparés des sucres C5 (ici le xylose).
Exemple 2 (selon l’invention)
On part du jus sucré J0 défini à l’exemple 1 . On conduit une fermentation du jus J0 avec un microorganisme, la levure Saccharomyces cerevisae, dans une version native, non modifiée génétiquement, et qui présente la particularité de consommer sélectivement les sucres C6, et pas les sucres C5.
La levure est ensemencée à 0,5 g de levures par kg de solution, soit 60 g levures par kg de sucres C6. L’expérimentation a été menée dans un bioréacteur pendant 6 heures, à 33°C et pH 5,3. Le traitement a été réalisé en conditions anaérobies pour maximiser la production d’éthanol à partir des sucres C6 par fermentation, et non la production de biomasse. Cette réaction peut s’effectuer en batch, en fed-batch ou en continu. On peut ensuite les séparer pour les traiter/valoriser séparément.
Les réactions qui résultent de l’action de la levure sont schématisées dans la figure 1 , qui représente le bioréacteur 1 , avec les intrants suivants :
2 : la levure
3 : une base (pour réguler le pH et maintenir le milieu réactionnel dans les conditions nécessaires à l’activité de la levure choisie), de type NH4OH, KOH ou NaOH par exemple
4 : des nutriments pour la levure
5 : le jus JO, qui contient en phase aqueuse des sucres C5 51 , des sucres C6 52, du 5-HMF 53 et du furfural 54, et avec les produits sortants :
6 : émission de CO2 en phase gazeuse, évacué en partie haute du bioréacteur, témoin de l’activité de la levure,
5’ : soutirage d’un jus J1 , issu du jus JO après action de la levure sur le jus JO, et qui contient la levure 2, des sucres C5 51 , de l’alcool 5-hydroxyméthylfurfurylique 55, de l’alcool furfurylique 56, de l’éthanol 57 et des levures 2.
Les quantités d’intrants (outre les concentrations indiquées plus haut) sont précisées ci- dessous : Dans une cuve agitée, 985 kg de jus JO sont mélangés avec :
- 0,4 kg d’urée (pour les besoins en azote)
- 0,5 kg de levures sèches S. Cerevisae
- 5 kg d’extrait de levures (nutriments)
- 9,1 kg d’une solution de KOH à 50%pds pour ajuster le pH à 5,3
La concentration en composés d’intérêt du mélange à l’état initial est donnée dans le tableau 2 ci-dessous, avec des concentrations exprimées en g par kg de jus. A noter qu’il est possible que la composition contienne des impuretés autres, qu’on n’a pas cherché à analyser, du type sel ou acide, dans de très faibles teneurs.
[Table 2]
En début de réaction, le milieu réactionnel contient :
- 8,3 kg de sucres C6 (glucose + galactose + mannose)
- 37,3 kg de sucres C5 (xylose + arabinose)
- 0,4 kg de 5-HMF
- 0,2 kg de furfural
La conduite de la fermentation est détaillée ci-après :
La fermentation a duré 6 heures et montre que le glucose, le galactose et le mannose (sucres C6, en traits pointillés) sont totalement consommés. L’arabinose et le xylose (sucres C5) ne sont pas consommés. Le furfural et le 5-HMF ont été consommés par la levure qui détoxifie son milieu, pour produire de l’alcool furfurylique et de l’alcool 5-hydroxymethyl furfurylique (aussi appelé 2,5-Bis(hydroxy méthyl)furane) qui n’inhibent pas la levure.
On a donc constaté que le jus initial JO, composé de 45,6 kg de sucres monomères (18% sucres C6/82% sucres C5) est purifié en quelques heures en un jus J1 composé de 37,3 kg de sucres monomères (0% sucres C6 et 100% de sucres C5).
En conditions anaérobies, à 33°C et à pH 5,3, les levures consomment les sucres C6 (majoritairement pour produire de l’éthanol) et les inhibiteurs (5-HMF et furfural) en six heures.
En fin de réaction, le milieu contient un jus J1 dont la composition est donnée dans le tableau 2 ci-dessous, avec des concentrations exprimées en g par kg de milieu : [Table 3]
On a donc au bout de 6 heures de réaction :
- 0 kg de sucres C6 (glucose + galactose + mannose), soit une consommation de 100% des sucres C6 - 37,3 kg de sucres C5 (xylose + arabinose), soit une consommation de seulement 1 .6% des sucres C5
- 0 kg de 5-HMF, soit une consommation de 100% du 5-HMF - 0 kg de furfural, soit une consommation de 100% du furfural
- 0,4 kg d’alcool 5-hydroxymethylfurfurlique
- 0,2 kg d’alcool furfurylique
- 2,9 kg d’éthanol, soit un rendement éthanol/sucres C6 de 0.35 kg éthanoi/kg sucres ce
Les données du tableau 2 et du graphe de la figure 2 confirment que la levure n’a aucune action sur les sucres C5, dont la teneur reste constante. En revanche, la levure a consommé entièrement à la fois tous les sucres C6 et les deux inhibiteurs, pour les convertir au moins en partie en alcools (une autre partie pouvant être consommée par la levure pour sa propre croissance). Le traitement par la levure donne donc des résultats spectaculaires, avec un jus purifié en sucres C5 qui ne contient plus du tout de sucres C6 et dont les inhibiteurs ont été, simultanément, totalement éliminés également.
Le fait qu’une partie au moins des sucres C6 ait été transformée en éthanol est également très avantageux, car l’éthanol est un produit hautement valorisable et pouvant être produit dans les procédés traitant de biomasse lignocellulosique.
On observe aussi des données du graphe de la figure 2 que la durée de la fermentation pour que les sucres C6 soient entièrement consommés est de 6 heures, ce qui est une durée raisonnable, qui peut encore être abaissée en jouant, notamment, sur la quantité de levure ajoutée, ou si des teneurs abaissées mais non nulles en sucres C6 sont acceptables. Des expériences ont été ainsi réalisées avec succès avec des durées de fermentation bien moindres, notamment de 30 minutes à 2 heures, par exemple une durée d’environ 1 heure.
La figure 3 représente une variante de la figure 2 : en partant du même jus J0 qu’à la figure 1 et que dans l’exemple 1 , on conduit une fermentation cette fois en condition aérobie du jus J0 avec le même microorganisme que dans l’exemple 2, la levure Saccharomyces cerevisae, dans une version native, non modifiée génétiquement, et qui présente la particularité de consommer sélectivement les sucres C6, et pas les sucres C5.
Les réactions qui résultent de l’action de la levure sont schématisées dans la figure 3, qui représente le bioréacteur 1 , avec les intrants suivants :
2 : la levure
3 : une base (pour réguler le pH et maintenir le milieu réactionnel dans les conditions nécessaires à l’activité de la levure choisie), de type NH4OH, KOH ou NaOH par exemple
4 : des nutriments pour la levure
5 : le jus J0, qui contient en phase aqueuse des sucres C5 51 , des sucres C6 52, du 5-HMF 53, du furfural 54, et de l’acide acétique 60 et avec les produits sortants :
6 : émission de CO2 en phase gazeuse, évacué en partie haute du bioréacteur, témoin de l’activité de la levure,
5’ : soutirage d’un jus J1 , issu du jus JO après action de la levure sur le jus JO, et qui contient la levure 2 propagée, des sucres C5 51 , de l’alcool 5-hydroxyméthylfurfurylique 55 et de l’alcool furfurylique 56.
7 : une alimentation en air pour être en condition aérobie
Il a été vérifié que la levure n’a donc aucune action sur les sucres C5, dont la teneur reste constante. En revanche, la levure a consommé entièrement à la fois tous les sucres C6 et les deux inhibiteurs (5-HMF et furfural) ainsi que l’acide acétique, pour les convertir au moins en partie en alcools (une autre partie pouvant être consommée par la levure pour sa propre croissance). Le traitement par la levure donne donc des résultats spectaculaires, avec un jus purifié en sucres C5 qui ne contient plus du tout de sucres C6, dont les inhibiteurs ont été, simultanément, totalement éliminés également, tout en multipliant la levure.
En conclusion sur cette étape de purification, on voit que l’on parvient à purifier des mélanges de sucres pour obtenir des jus contenant le type de sucres que l’on veut conserver (sucres C5), en choisissant un micro-organisme sélectif, qui peut en outre, optionnellement, consommer/éliminer également dans les mélanges de sucres des composés indésirables/des impuretés, et notamment des inhibiteurs de réactions biochimiques comme des dérivés furaniques. Sa mise en oeuvre est simple, en une étape de fermentation aérobie, et son efficacité redoutable, avec des éliminations éventuellement complètes des composés qu’on veut retirer des jus sucrés.
Elle permet l’obtention de jus de sucres C5 très purs, avec pas ou une très faible teneur en sucres C6, avec une pureté qui n’avait jusque-là pas pu être atteinte par des méthodes de séparation, du type adsorption sélective sur des zéolithes, comme décrit dans les brevets cités au préambule de la présente demande.
Elle est en outre très intéressante, en ce qu’elle conduit non pas vraiment à opérer une séparation entre deux types de sucres, mais à obtenir un type de sucre très pur, et à convertir l’autre sucre (sucre C6) en un produit valorisable comme de l’éthanol. Avec l’association des sucres C5 et de l’éthanol issu de la conversion des sucres C6 obtenue avec le procédé selon l’invention, plusieurs possibilités s’offrent, notamment selon les voies de valorisation envisagées et la proportion entre les deux types de sucres dans le jus sucré initial. Ainsi, on peut ensuite séparer les sucres C5 de l’éthanol, et obtenir d’une part des sucres C5 très purs et d’autre part de l’éthanol, valorisables/utilisables séparément. On peut aussi les garder ensemble pour une valorisation commune. On peut encore garder une faible teneur en éthanol avec les sucres C5, pour bénéficier de l’effet conservateur/antimicrobien de l’alcool sur les sucres. Procédés de conversion de biomasse liqnocellulosique produisant des jus sucrés et intégrant l’étape de purification desdits jus sucrés et précédemment décrite
Trois procédés de conversion sont ci-après décrits :
- un procédé A de conversion en alcool (éthanol)
- un procédé B de conversion en sucre(s) , et
- un procédé C dit « hybride » visant à obtenir à la fois un alcool et des sucre(s)
Procédé A de conversion de biomasse en éthanol
Il est illustré à l’aide des figures 4 et 5.
La figure 4 décrit un procédé de conversion sans l’étape de purification décrite plus haut. Les références des figures représentent les flux/dispositifs/étapes suivants :
1 : Biomasse
2 : Conditionnement et prétraitement
3 : Biomasse prétraitée
3a : Biomasse prétraitée vers l’outil de filtration
3b : Biomasse prétraitée vers hydrolyse enzymatique (optionnel)
4 : Séparation solide/liquide (un filtre à bande ou un filtre-presse par exemple) pour extraire un jus sucré, avec une étape optionnelle de lavage
5 : Eau en tant que fluide de contactage et/ou de lavage
6 : Jus sucré contenant majoritairement des sucres C5
6a : Jus sucré comprenant majoritairement des sucres C5 vers la production d’enzymes
6b : Jus sucré comprenant majoritairement des sucres C5 vers la propagation de levures
7 : Biomasse prétraitée et lavée
8 : Réacteur de production d’enzymes
9 : Inoculum de Champignon (Trichoderma Reese/ par exemple) pour la production d’enzymes
10 : Cocktail enzymatique (mélange d’une ou plusieurs enzymes, contenant notamment des cellulases, beta glucosidases, xylanases...)
11 : Réacteur de propagation de levures
12 : Levures
13 : Levures propagées
14 : Réacteur d’hydrolyse enzymatique.
15 : Hydrolysat
16 : Réacteur de fermentation
17 : Moût de fermentation (vin)
18 : Séparation solide/liquide (un filtre-presse par exemple) avec une étape optionnelle de lavage du résidu solide par un solvant (par exemple de l’eau) 19 : Résidu solide (composé majoritairement de lignine)
20 : Produit liquide de la filtration, ici du vin filtré
21 : Séparation de l’éthanol et de l’eau (colonne de distillation, tamis par exemple)
22 : Résidu liquide (vinasses)
23 : Éthanol purifié
Dans tout le présent texte, et notamment dans la description des figures, le terme de réacteur n’impose pas qu’il y en ait qu’un seul, et peut être compris comme une unité comprenant au moins un réacteur. Il en est de même pour tous les autres dispositifs, notamment les outils de type filtration, séparation solide/liquide, colonne de distillation etc... (par soucis de concision).
Si on prend le déroulé du procédé selon la figure 4 : La biomasse 1 subit un conditionnement/prétraitement dans l’unité 2 (éventuel broyage mécanique, dépoussiérage, retrait de pièces métalliques éventuelles, puis, ici à titre d’exemple, imprégnation par une liqueur acide et cuisson/explosion à la vapeur de la biomasse prétraitée 3). Une partie de cette biomasse prétraitée, le flux 3a, part vers un outil de filtration solide/liquide 4, ledit outil étant également alimenté en eau 5 comme eau de contactage et/ou de lavage. Dans un premier temps, la biomasse prétraitée est contactée avec de l’eau pour améliorer sa filtrabilité. Le mélange est ensuite filtré sur un filtre à bande, et lavé à l’eau. Une autre partie de la biomasse prétraitée, le flux 3b peut partir vers le réacteur d’hydrolyse enzymatique 14. Ce réacteur 14 est alimenté également par le flux 7 qui est la fraction solide issue de la filtration dans l’unité 4, qui est donc la biomasse prétraitée lavée solide.
A noter que dans tout le présent texte, « solide » est à comprendre en opposition à « liquide », mais que toute fraction solide peut encore contenir une certaine proportion de liquide (et réciproquement). On peut évaluer cette proportion de liquide dans une fraction solide par mesure de son taux de Matière Sèche (acronyme "MS"), qui est mesuré selon la norme ASTM E1756 - 08(2015) « Standard Test Method for Determination of Total Solids in Biomass”.
En sortie de réacteur 14, on a un flux 15 d’hydrolysat (des sucres), qui alimente ensuite un réacteur de fermentation 16 pour être converti en éthanol : en sortie du réacteur de fermentation 16, on obtient un moût de fermentation, appelé aussi vin, qui contient de l’éthanol dans de l’eau. Un outil de séparation solide/liquide 18 vient séparer un résidu solide ligneux 19 d’une fraction liquide 20, le vin filtré. Ce vin filtré est conduit dans un outil de séparation 21 (colonne à distiller) pour obtenir de l’éthanol 23 et un résidu liquide aqueux (appelé vinasse).
En sortie de l’outil de séparation 4, la fraction liquide 6 est un jus sucré aqueux comprenant majoritairement des sucres en C5. Tout ou partie de cette fraction, le flux 6a, peut aller vers le réacteur 8 de production d’enzymes, qui produit un cocktail enzymatique 10 pour alimenter le réacteur 14 d’hydrolyse enzymatique : ce flux peut ainsi constituer un substrat de croissance et/ou de production vis-à-vis des microorganismes de type Trichoderma reesei qui produisent ce mélange d’enzymes 10. Tout ou partie de ce flux 6, le flux 6b, peut aussi aller vers le réacteur 11 de propagation des levures 13 qui alimentent le réacteur de fermentation 16. Là encore, le jus sucré 6b va pouvoir servir de substrat de propagation vis- à-vis des levures, par exemple Saccharomyces, notamment l’espèce Saccharomyces cerevisae.
Il est à noter, par ailleurs, que l’opération d’hydrolyse enzymatique 14 se fait de façon préférée en 2 étapes : liquéfaction avec un fed-batch de substrat puis hydrolyse enzymatique en batch, (éventuellement avec deux réacteurs en série, ou dans le même réacteur), pour travailler à la teneur en MS la plus haute possible et pour convertir des substrats lignocellulosiques dont la rhéologie peut être complexe. Une neutralisation du milieu peut être réalisée avant l’hydrolyse enzymatique, par exemple par ajout d’une solution basique dans le cas où le prétraitement est effectué en condition acide.
Il est également à noter que l’hydrolyse enzymatique et la fermentation peuvent se faire simultanément (SSCF). Quand elles sont faites l’une après l’autre, un ajustement du pH du milieu entre les unités 14 et 16 peut être réalisé.
Il est également à noter que la production d’enzymes et/ou la propagation des levures peuvent se faire sur le site de traitement de la biomasse, comme représenté à la figure 4. Mais l’une ou l’autre peuvent aussi se faire ex situ : on peut ainsi amener sur site des enzymes ou des levures prêtes à l’emploi. Ceci explique que, suivant les choix faits à ce sujet, le flux peut être partagé en deux flux 6a, 6b (avec une répartition entre les deux flux qui peut être égale ou pas selon les besoins), ou n’être utilisé que pour la propagation des levures ou que pour la production des enzymes.
La figure 5 représente le procédé de la figure 4, mais avec les modifications selon l’invention, et les références supplémentaires suivantes :
6a’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la production d’enzymes 6b’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la propagation de levures 6c’ : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 vers la fermentation
24 : Réacteur de purification biochimique
25 : Levures consommant les sucres C6
26 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5, les levures et de l’éthanol
27 : Séparation solide/liquide (une centrifugeuse, un filtre ou une unité d’ultrafiltration par exemple) 28 : Levures consommant les sucres C6, recyclées
29 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 et éventuellement de l’éthanol
30 : Séparation de l’éthanol et du jus de sucres C5 (un strippeur ou un évaporateur par exemple), étape optionnelle
31 : flux d’éthanol strippé
32 : Jus sucré comprenant uniquement des sucres C5
A noter que le flux 3 de biomasse prétraitée se partage dans la figure 5 en deux flux : le flux 3a qui part vers l’outil 4 et le flux 3b qui part directement vers le réacteur d’hydrolyse enzymatique 14. Mais ici comme dans le cas des procédés représentés aux figures suivantes 7 et 9, la proportion relative entre les flux 3a et 3b est variable.
Et selon un mode de réalisation de l’invention, il est également prévu que tout le flux de biomasse prétraité 3 passe d’abord dans l’outil 4 avant séparation et envoi de la portion solide vers le réacteur d’hydrolyse 14 : il n’y a plus qu’un flux 3/3a entrant en totalité dans l’outil 4, et le flux 3b est nul : le réacteur 14 n’est plus alimenté en flux 3b. Ce mode de réalisation est plus particulièrement préconisé dans le cas de la production de sucre (figure 7), davantage que dans le cas de la production d’alcool (figure 5) ou de sucre et d’alcool (figure 9).
Ce cas de figure à flux 3b nul fait donc aussi partie de l’invention, qu’il s’agisse d’un procédé de production d’alcool, de sucre ou hybride alcool/sucre.
Le flux riche en éthanol 31 peut être introduit séparément ou en mélange avec le vin filtré en entrée de la section 20 de séparation de l’éthanol et de l’eau, ou dans le fermenteur 16. Les conditions opératoires du strippeur peuvent être ajustées de façon à produire un flux riche en sucres C5 et un flux riche en éthanol.
L’éthanol produit 31 peut aussi être recyclé à l’étape de prétraitement 2 ou à l’étape de filtration et lavage de la biomasse 4.
Le flux 32 de jus sucré comprenant uniquement des sucres C5 peut être utilisé comme substrat pour la production d’enzymes, la propagation des levures ou en fermentation.
Ici, le flux 6 contenant plus de sucres en C5 que de sucres en C6 est purifié de la façon suivante : il est amené dans un réacteur 24 de purification biochimique, qui peut inclure une étape préliminaire de neutralisation du jus 6, par exemple avec une solution basique d’hydroxyde de sodium ou de potassium, dans le cas où le prétraitement de la biomasse s’est fait en condition acide. Le réacteur 24 est également alimenté en microorganismes 25 (des levures notamment) qui présentent la particularité de consommer les sucres en C6 seulement. En sortie du réacteur 24, on a un flux 26 de jus sucré appauvri en sucres C6. L’outil de séparation solide/liquide 27 permet de récupérer une fraction solide 28, qui comportent les levures insolubles qui vont pouvoir, en tout ou partie, être recyclées dans le réacteur 24. La fraction liquide séparée 29 est donc un jus sucré en C5, sans microorganisme et avec moins/pas de sucres C6 et éventuellement de l’éthanol, qui est un produit de conversion des sucres en C6 par les levures. Cette fraction 29 est envoyée dans un outil de séparation 30 qui sépare les sucres de l’éthanol quand il y a de l’éthanol dans la fraction 29 dans une teneur mesurable. Puis le jus sucré séparé 32 est utilisable de différentes manières : tout ou partie sous forme d’un flux 6a’ vers la production 8 d’enzymes, tout ou partie d’un flux 6b’ vers la propagation des levures pour la fermentation 11 de la biomasse (comme dans le procédé de la figure 4), et tout ou partie d’un flux 6c’ peut être envoyé vers le réacteur 16 de fermentation. Le flux d’éthanol 31 peut, lui, être envoyé vers le réacteur de fermentation 16 (soit pendant la fermentation, soit être ajouté au flux sortant du réacteur 16, soit encore être ajouté au flux 20 en entrée du dispositif 21 de séparation d’éthanol. La proportion relative des flux 6a’, 6b’, 6c’ est modulable, notamment si la propagation des levures et/ou la production d’enzymes se font in situ ou ex situ (dans ce cas les flux 6a’ et/ou 6b’ n’existent pas). Dans tous les cas, une proportion d’éthanol supplémentaire 6c’ est ajoutée à la production d’éthanol sortant du fermenteur 16, au niveau du fermenteur 16 ou en aval de celui-ci (on comprend les termes « amont » et « aval » dans le présent texte en fonction de la direction générale de la biomasse au travers de l’installation).
Intégrer la purification biochimique du mélange de sucres 6 permet, en final, d’augmenter la quantité d’éthanol produite pour une quantité donnée de biomasse, et donc d’augmenter son rendement de conversion.
Procédé B de conversion de biomasse en sucres.
Il est illustré par les figures 6 et 7.
La figure 6 représente le procédé sans la purification selon l’invention. Il s’agit ici d’arrêter la conversion de la biomasse au stade de la production de sucres, sans fermentation donc. Par rapport à la figure 4, le jus sucré 20 majoritairement constitué de sucres en C6, est donc le premier produit final qui est valorisé, le flux 6a peut être utilisé pour servir de substrat pour la croissance et/ou la production d’enzymes dans le réacteur 8 (si production d’enzymes in situ), et le flux 6b est le deuxième produit final qui est peut être valorisé, un jus de sucres majoritairement en C5, mais qui contient encore des sucres en C6.
La figure 7 est un procédé qui intègre au procédé de la figure 6 la purification de jus sucré selon l’invention : On y retrouve les réacteurs/outils 24,27 et 30 du procédé de la figure 5, qui sont opérés de la même manière. Ici, le jus sucré 6 contenant majoritairement des sucres C5 est, après purification et séparation des levures, purifié en un jus 32, qui se partage en partie en un flux 6a’ de sucres en C5 pour servir de substrat à la croissance/production d’enzymes dans le réacteur 8 si la production d’enzymes se fait in situ, et en tout ou partie en un flux 6d’, qui est un jus sucré en C5 purifié qu’on peut valoriser en tant que tel. Ce jus de sucres en C5 référencé 6d’ est très pur, plus pur que le jus du flux 6b du procédé de la figure 6, il peut donc être utilisé tel quel.
Procédé C « hybride » de conversion de biomasse en éthanol et en sucre(s)
Il est illustré par les figures 8 et 9.
Le procédé selon la figure 8 n’utilise pas la purification selon l’invention. Il s’agit ici de produire en parallèle des sucres et de l’éthanol. Par rapport au procédé de la figure 4 qui vise à produire de l’éthanol, ici on a, à la fois :
- une production d’éthanol, qui est le flux 23 obtenu comme dans le procédé de la figue 4, et
- une production sucres majoritairement en C5 : c’est le flux 6d, issu du flux 6 comme dans le procédé de la figure 4. Ce flux 6d peut être une partie du flux 6, ou la totalité de ce flux (si production d’enzymes ex situ, et/ou propagation des levures ex situ, ou encore si on préfère utiliser d’autres sources, externes, pour la croissance /propagation des microorganismes/production d’enzymes).
Le procédé de la figure 9 intègre, dans le procédé de la figure 8, la purification selon l’invention : On retrouve les réacteurs/outils 24,27 et 30 précédemment décrits, l’obtention d’un flux purifié 32 en sucres C5, et celle d’un flux 6d’ qui constitue tout ou partie du jus 32 et qui constitue un jus sucré purifié en sucres C5 qu’on peut valoriser tel quel, en parallèle de la production d’éthanol 23. Le flux d’éthanol 31 issu de la séparation 30 peut, comme dans le cas du procédé de la figure 5, être réinjecté dans le fermenteur 16, ou en aval de celui-ci, en mélange avec le flux sortant du fermenteur 16 ou encore en amont du dispositif 21 (colonne à distiller) séparant l’éthanol de l’eau. On est donc ici doublement gagnant, avec à la fois un rendement en éthanol amélioré et une qualité/pureté en jus de sucres C5 amélioré.
De ces différentes mises en oeuvre de l’invention, on en voit tous les avantages : L’hydrolysat de sucres lignocellulosiques composé d’un mélange de sucres à 6 et 5 atomes de carbone est purifié en un hydrolysat contenant uniquement des sucres à 5 atomes de carbone :
L’utilisation de ce mélange « pur » de sucres C5 est bénéfique pour de nombreuses applications de conversion chimique (conversion du xylose en xylitol par catalyse) ou biochimiques (propagation de levures, induction de champignon pour la production d’enzymes par exemple).
La séparation physique des sucres C5 et C6 complexe et coûteuse (par exemple par nanofiltration, membranes, résines échangeuses d’ions, zéolithes, ...) est ainsi évitée. L’hydrolysat de sucres lignocellulosiques composé d’un mélange de sucres à 6 et 5 atomes de carbone est purifié en un hydrolysat contenant uniquement des sucres à 5 atomes de carbone mais également contenant moins/plus de composés qualifiés d’inhibiteurs tels que le furfural ou le 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) : Ces deux composés sont par exemple des inhibiteurs pour les réactions fermentaires.
Dans le cas de l’utilisation de la levure S. Cerevisae et en conditions anaérobies pour procéder à la purification biochimique du mélange de sucres, la consommation des sucres C6 produit de l’éthanol qui peut être récupéré et intégré dans le procédé de conversion de biomasse.
Dans le cas de l’utilisation de la levure S. Cerevisae et en conditions aérobies pour procéder à la purification biochimique du mélange de sucres, la consommation des sucres C6 produit des microorganismes supplémentaires (multiplication des levures) qui peuvent être récupérés et intégrés dans le procédé de conversion de la biomasse.
En conditions aérobies, la levure S. Cerevisae peut également consommer l’acide acétique du milieu, également inhibiteur de réactions fermentaires ou de la croissance du champignon T. Reesei.
La purification biochimique s’effectue sur un milieu clair, il est facile de séparer les microorganismes par une séparation solide/liquide, par exemple une centrifugation ou des membranes d’ultrafiltration, pour retirer et recycler les micro-organismes.
L’éthanol produit peut avantageusement être utilisé dans le procédé de production de sucres 2G :
- Une fraction de l’éthanol peut être utilisée au prétraitement 2,
- Une fraction de l’éthanol peut être aussi ou alternativement utilisée comme fluide de lavage pour l’étape de filtration 4.
- Une fraction de l’éthanol peut être aussi ou alternativement utilisée comme fluide de lavage du résidu solide résiduel non converti. Cela permet d’augmenter le PCI (acronyme pour Pouvoir Calorifique Inférieur) du résidu solide qui peut être brûlé dans une chaudière de cogénération pour la production d’électricité et de vapeur, ou d’en extraire une fraction soluble pour une meilleure valorisation (base carburant, ou pour des bioproduits)
- Une fraction de l’éthanol peut également ou alternativement être incorporée dans le milieu réactionnel du réacteur d’hydrolyse enzymatique 14, ce qui permet de limiter les risques de contamination.
L’étape de séparation 30 des sucres purifiés et de l’éthanol est opérée de façon à concentrer les sucres jusqu’à une teneur de par exemple 50 g/kg, ce qui est d’autant plus avantageux que ce jus de sucres est utilisé pour la production des enzymes et propagation des levures. Les étapes de purification sont donc parfaitement intégrées à la production d’éthanol et/ou de sucres 2G. Exemples mettant en œuyre un procédé de conversion de biomasse
Exemple 3 selon le procédé A de conversion de biomasse en éthanol
Il est opéré selon le procédé de la figure 5, en comparaison avec celui de la figure 4.
Dans cet exemple, les réactions sont effectuées en SSCF, les étapes 14 (hydrolyse enzymatique) et 16 (fermentation éthanolique) sont réalisées dans un même réacteur et sont conduites à une température de 33°C et pH 5,3 en conditions anaérobies. Dans cet exemple selon l’invention, l’étape 30 de séparation de l’éthanol du jus de C5 n’est pas effectuée. Dans le schéma conforme à l’invention, la purification dans l’étape 24 permet de diminuer la concentration en 5-HMF (passant de 2,80 à 0,56 g/L) et en furfural (passant de 1 ,60 à 0,32 g/L) présente en début de réaction. Cette purification produit également de l’éthanol, à partir des sucres C6 (2,84 g/L).
Ces composés étant inhibiteurs pour la levure Saccharomyces Cerevisae, la production d’éthanol subit une latence voire une inhibition de l’activité fermentaire dans le procédé de la figure 4 sans la purification des sucres : concrètement, la durée de réaction fermentaire est allongée, ou les levures peuvent même ne pas fermenter.
Après 144 heures de réaction, le titre éthanolique de l’éthanol produit selon le procédé de la figure 5 selon l’invention est de 52,4 g/L contre 49,3 g/L pour le procédé de la figure 4. L’écart de titre éthanolique est encore plus important avant 50 heures de réaction. Par exemple après 42 heures de fermentation, l’invention permet de passer de 33,8 à 45,9 g/L d’éthanol. C’est ce qui peut être observé du graphe de la figure 10, qui représente les évolutions de concentration en g/l de différents composés au cours de la réaction de SSCF (hydrolyse enzymatique et fermentation simultanées) :
- courbe C10 : évolution de la teneur en 5-HMF en appliquant le procédé de la figure 4 (sans purification)
- courbe C11 : évolution de la teneur en 5-HMF en appliquant le procédé de la figure 5 (avec purification)
- courbe C20 : évolution de la teneur en furfural en appliquant le procédé de la figure 4 (sans purification)
- courbe C21 : évolution de la teneur en furfural en appliquant le procédé de la figure 5 (avec purification)
- courbe C30 : évolution de la teneur en éthanol en appliquant le procédé de la figure 4 (sans purification)
- courbe C31 : évolution de la teneur en éthanol en appliquant le procédé de la figure 5 (avec purification) On voit de ce graphe qu’à t = 0, la purification des sucres C5 a permis de diminuer la charge en inhibiteur : furfural, 5-HMF et qu’au bout de 50 heures de réaction, la productivité en éthanol est bien supérieure avec la purification selon l’invention. En fin de réaction, la quantité d’éthanol produite est plus importante.
De plus, cette augmentation de la concentration en éthanol permet de diminuer la consommation énergétique nécessaire à l’étape de distillation dans la colonne 21 , pour séparer l’éthanol de l’eau.
Quand on choisit une durée de réaction de 144 heures, le gain énergétique est de 4,5%. Quand on choisit une durée de réaction de 42 heures, le gain énergétique est de 21%. C’est ce que montre la figure 11 qui représente l’énergie nécessaire (en MJ) par kg d’éthanol présent dans la charge de la colonne de distillation en fonction de la concentration en éthanol de la solution à séparer pour récupérer en tête de distillation un flux riche à 94% poids d’éthanol et en fond de colonne un flux contenant 0.02 % poids d’éthanol, et qui est issue de la publication VANE, L. M. « Separation technologies for the recovery and dehydration of alcohols from fermentation broths. Biofuels, Bioproducts and Biorefining”, Society of Chemical Industry, London, Uk, 2(6):553-588, (2008).

Claims

Revendications
1 . Procédé de traitement d’une biomasse lignocellu losique, ledit procédé comprenant
- a) une étape de prétraitement (2) de la biomasse, comprenant une cuisson de la biomasse, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée (3)
- b) une première étape de séparation solide/liquide de tout ou partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue à l’étape a) en une première fraction solide (7) de biomasse prétraitée et une première fraction liquide (6) comprenant un mélange de composés, notamment en phase aqueuse, comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones et dont la teneur en poids de sucres C5 est supérieure à la teneur en poids de sucres C6
- c) une étape d’hydrolyse enzymatique (14) de la première fraction solide (7) de biomasse prétraitée obtenue à l’étape b), pour obtenir un hydrolysat (15) sous forme de sucre(s), dont des sucres C6 avec 6 carbones,
- d) une étape de purification (24) de ladite première fraction liquide obtenue à l’étape b) en mettant en contact ladite première fraction liquide (6) avec des premiers micro-organismes ne consommant, parmi les sucres de ladite fraction, essentiellement que les sucres C6, afin d’obtenir une fraction liquide purifiée (26), contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6
- e) une deuxième étape e) de séparation solide/liquide (27) de la fraction liquide purifiée (26) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape d) pour obtenir une deuxième fraction solide (28) comprenant les premiers micro-organismes et une deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que seule une première partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue à l’étape a) est conduite vers la première étape b) de séparation solide/liquide, et en ce qu’une deuxième partie (3b) de la biomasse prétraitée (3) est conduite directement à l’étape c) d’hydrolyse enzymatique.
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend également une étape f) de fermentation (16) par des troisièmes micro-organismes de l’hydrolysat sous forme de sucre(s) obtenu à l’étape c), afin d’obtenir une biomasse fermentée (17) comprenant au moins un alcool, notamment de l’éthanol.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes d’hydrolyse enzymatique c) et de fermentation f) sont réalisées simultanément.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on recycle dans l’étape d) de purification (24) au moins une partie de la deuxième fraction solide (28) comprenant les premiers micro-organismes obtenus à l’étape e).
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) contient de l’alcool, notamment de l’éthanol, obtenu par conversion de tout ou partie des sucres C6 sous l’action des premiers micro-organismes, et en ce qu’on sépare (30) dans une étape g), notamment par évaporation ou stripage, ladite deuxième fraction liquide en une troisième fraction liquide (32) enrichie en sucres et une quatrième fraction liquide (31) enrichie en alcool.
7. Procédé selon la revendication 3 et la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on envoie tout ou partie de la quatrième fraction liquide (31) contenant l’alcool obtenue à l’étape g) vers l’étape f) de fermentation (16) ou en ce qu’on mélange tout ou partie de ladite quatrième fraction liquide avec la biomasse fermentée (17) comprenant au moins un alcool obtenu à l’issue de l’étape f) de fermentation.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape h) de production d’enzymes (8) à partir de deuxièmes micro-organismes, notamment des champignons, afin d’utiliser lesdites enzymes pour assurer l’hydrolyse enzymatique de l’étape c), et en ce qu’on envoie tout ou partie (6a’) de la deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou la troisième fraction liquide (32) enrichi en sucres obtenue à l’étape g) vers ladite étape h) en tant que substrat de croissance des deuxièmes micro-organismes et/ou de production des enzymes.
9. Procédé selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu’il comprend une étape i) de propagation (11 ) de troisièmes micro-organismes de fermentation, afin d’utiliser lesdits micro-organismes, notamment des levures, pour assurer la fermentation de l’étape f), et en ce qu’on envoie tout ou partie (6b’) de la deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou la troisième fraction liquide (32) enrichie en sucres obtenue à l’étape g) vers ladite étape i) en tant que substrat de propagation desdits troisièmes micro-organismes.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on envoie tout ou partie (6c’) de la deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue à l’étape e) ou la troisième fraction liquide (32) enrichie en sucres obtenue à l’étape g) à l’étape f) de fermentation (16).
11 . Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première fraction liquide (6) obtenue à l’étape b) comprend aussi du furfural, et en ce que les premiers micro-organismes consomment aussi du furfural, notamment au moins en partie par conversion du furfural en alcool, notamment en alcool furfurylique.
12. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première fraction liquide (6) obtenue à l’étape b) comprend aussi du 5-hydroxyméthyl furfural 5-HMF, et en ce que les premiers micro-organismes consomment aussi du 5-hydroxymethyl furfural, notamment au moins en partie par conversion du 5-hydroxymethyl furfural en alcool 5- hydroxyméthyfurfurylique.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers micro-organismes utilisés à l’étape d) et éventuellement les troisièmes micro-organismes utilisés à l’étape i) sont choisis parmi les levures, les bactéries, les champignons, et de préférence parmi les levures dans le genre Saccharomyces, notamment l’espèce Saccharomyces cerevisae ou, parmi les bactéries, dans le genre Corynebacterium.
14. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deuxièmes micro-organismes sont choisis parmi les champignons, notamment les champignons filamenteux, de préférence ceux du genre Trichoderma, notamment Trichoderma reesei.
15. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le prétraitement (2) selon l’étape a) de la biomasse comprend
- a1) une sous-étape d’imprégnation de la biomasse (1) par une liqueur, notamment acide, pour obtenir une biomasse imprégnée
- a2) une sous-étape de cuisson de la biomasse imprégnée, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée (3).
16. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu’il comprend également :
- une étape j) de séparation, notamment par distillation (21), de la biomasse fermentée sous forme d’alcool (20) obtenue à l’étape f), avec une éventuelle étape k) de séparation solide/liquide de la biomasse fermentée avant ou après ladite étape j) de séparation.
17. Installation de traitement d’une biomasse lignocellulosique, ladite installation comprenant
- a) une unité de prétraitement (2) de la biomasse, comprenant un dispositif de cuisson de la biomasse, éventuellement accompagnée d’une explosion à la vapeur, pour obtenir une biomasse prétraitée
- b) une première unité de séparation solide/liquide (4), comprenant notamment un dispositif de filtration, de tout ou partie (3a) de la biomasse prétraitée (3) obtenue dans l’unité a) en une première fraction solide (7) de biomasse prétraitée et une première fraction liquide (6) comprenant un mélange de composés, notamment en phase aqueuse, comprenant des sucres C5 avec 5 carbones et des sucres C6 avec 6 carbones et dont la teneur en poids de sucres C5 est supérieure à la teneur en poids de sucres C6
- c) une unité d’hydrolyse enzymatique (14) ) de la première fraction solide (7) de biomasse prétraitée obtenue à l’étape b), pour obtenir un hydrolysat (15) sous forme de sucre(s), dont des sucres C6 avec 6 carbones,
- une unité d) de purification (24) de ladite première fraction liquide (6) avec mise en contact de ladite première fraction liquide avec des premiers micro-organismes ne consommant, parmi les sucres de ladite fraction, essentiellement que les sucres C6, afin d’obtenir une fraction liquide purifiée (26), contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6
- une deuxième unité e) de séparation solide/liquide (27), comprenant notamment au moins un dispositif de filtration ou de centrifugation, de la fraction liquide purifiée (26) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue dans l’unité d) pour obtenir une deuxième fraction solide (28) comprenant les premiers micro-organismes et une deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6.
18. Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce que la deuxième fraction liquide (29) contenant des sucres C5 et appauvrie en sucres C6 obtenue dans l’unité e) contient de l’alcool, notamment de l’éthanol, obtenu par conversion de tout ou partie des sucres C6 sous l’action des premiers micro-organismes, et en ce que ladite installation comprend une unité g) de séparation (30) de ladite deuxième fraction liquide en une troisième fraction liquide (32) enrichie en sucres et une quatrième fraction liquide (31) enrichie en alcool, ladite unité g) de séparation comprenant au moins un dispositif d’évaporation ou de stripage.
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