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Production de lipides à partir de boues et de glycérol brut et leur conversion en biodiesel.

Zhang, Xiaolei (3013). Production de lipides à partir de boues et de glycérol brut et leur conversion en biodiesel. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 524 p.

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Résumé

Le prix croissant des matières premières traditionnelles (huiles végétales et graisses animales) pour la production de biodiesel a poussé les chercheurs et les ingénieurs à chercher des sources alternatives de substrats. les boues constituent une source abondante de matières organiques produites partout dans le monde. Celles-ci présentent un possible intérêt pour la production de biocarburants car elles contiennent des lipides. Cette étude s'intéresse à la production de biodiesel en utilisant les huiles dérivées de boues. Différents types de boues municipales primaires, secondaires et mixtes, ainsi que des boues secondaires issues de la production de pâtes à papier, ont été collectées et utilisées dans cette étude. les boues présentaient une teneur en lipides allant de 5% à 11% (p/p). les effets du type de boue, des concentrations de matières en suspension dans les boues (10 à 30 g/l), du prétraitement des boues (thermique, thermo-acide et thermo-alcalin), ainsi que l'ajout d'une source de carbone (glucose et le glycérol) sur l'accumulation des lipides par les microorganismes ont été étudiés. Une accumulation maximale de lipides (39% p/p de la biomasse) a été obtenue à partir de boues pré-traitées. Pour approfondir la faisabilité de la production de biodiesel à partir des boues, le bilan énergétique, les émissions de GES et les coûts ont été étudiés. l'étude du bilan énergétique a révélé qu'un gain d'énergie de plus de 29 GJ/tonne de biodiesel produit a été obtenu à partir d'huiles dérivées de boues. l'évaluation des émissions de gaz à effet de serre (GES) a montré que l'utilisation des boues pour la production de biodiesel était une méthode qui permet la réduction des émissions de GES (réduction de plus de· 40 tonnes de dioxyde par tonne de biodiesel produit). l'estimation des coûts a été réalisée par le logiciel SuperPro Designer et les résultats ont montré que le coût du biodiesel produit à partir de boues est d'environ 0.5 US$/kg de biodiesel. Comme la production du biodiesel augmente, la production de glycérol brut, un sous-produit de la production de biodiesel par trans-estérification, augmente également. la grande quantité de v - glycérol brut générée nécessite une gestion appropriée. En effet, ce sous-produit représente une grande source de carbone pour de nombreux microorganismes. Le glycérol brut fourni par une usine de production de biodiesel (Québec, Canada) a été utilisé pour l'accumulation de lipides par la levure Trichosporon oleaginosus. En raison de la forte teneur en savon dans le glycérol brut, une purification a été réalisée afin de l'enlever en le convertissant en acides gras libres. Une fois purifié, le glycérol a été utilisé pour faire croître les microorganismes. Une ) accumulation plus élevée des lipides dans la souche microbienne a été obtenue comparativement aux essais réalisés avec le glycérol non purifié (teneur en lipides: 37.2% p/p de la biomasse). La concentration de glycérol ayant donné le rendement le plus élevé de lipides produits (0.19 g de lipides/g glycérol) est de 50 g/L. L'étude du bilan énergétique de la production de biodiesel à partir de glycérol brut a montré un gain énergétique net de 9 GJ/tonne de biodiesel produit. L'estimation des coûts a révélé que le coût de lipides produits à partir de glycérol brut était d'environ 0.44 US$/kg de lipides, ce qui est inférieur à l'huile de soja (matière première de la production de biodiesel utilisée actuellement, 0.88 US$/kg). L'extraction des lipides est l'étape centrale de production de biodiesel à partir de microorganismes oléagineux. L'extraction par solvant organique nécessite un temps de réaction long. Les ultrasons ont été utilisés pour l'extraction des lipides à partir de Trichosporon oleaginosus et du champignon SKF-5 dans les boues. Il a été observé que le temps d'extraction a pu être réduit de 12 h (extraction des lipides classique) à 20 min (extraction des lipides par ultrasons) pour parvenir à une récupération de 95% à 100% des lipides. De plus, l'eau a été testée comme solvant pour effectuer l'extraction par traitement aux ultrasons et des taux de récupération des lipides de 10.2% et 9.3% (p/p de lipides totaux dans la biomasse) ont été obtenus à partir de Trichosporon oleaginosus et SKF-5, respectivement. En raison de l'inquiétude croissante sur la manipulation de solvants organiques (notamment le chloroforme), un processus en une étape aussi appelé trans-estérification in-situ, en présence des ultrasons a été menée afin d'éviter l'étape d'extraction. Les résultats ont montré que plus de 94% des lipides ont été convertis en biodiesel en 20 à 50 minutes, ce qui est similaire au rendement du procédé en deux étapes dans lequel les lipides sont extraits, puis transformes en FAMEs par trans-estérification. La détermination de la composition des lipides est essentielle afin de déterminer la faisabilité de la production de biodiesel. Les lipides obtenus à partir de tous les microorganismes cultivés dans la boue, la boue prétraitée et le glycérol brut ont été analysés et sont riches en C 16 à C 18 (comme les huiles de graines de plantes qui sont actuellement utilisées pour produire du biodiesel commercial). Un haut degré de saturation a été trouvé dans les lipides. Ceci suggère que le biodiesel produit à partir de ces lipides aurait une grande stabilité à l'oxydation, mais un faible écoulement à froid. L'étude a montré que les boues et le glycérol brut (sous-produit de production de biodiesel) ont un grand potentiel dans la production de biodiésel. L'utilisation des ultrasons pour l'extraction des lipides et la trans-estérification in-situ est une technologie prometteuse car elle réduit largement le temps de traitement nécessaire pour obtenir des performances comparables à celles des technologies actuellement appliquées.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse: Valéro, José R.; Yan, Song
Mots-clés libres: boues; huile de microorganismes; glycérol brut; extraction des lipides; trans-estérification
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 nov. 2017 21:36
Dernière modification: 27 nov. 2017 21:36
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6503

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