Développement d'une méthodologie de sélection de produits chimiques dérivés des hémicelluloses issues du bois

Ce projet a permis de développer une méthodologie de sélection des produits biobasés dérivés des hémicelluloses issues du bois à partir d'une revue des critères établis par le U.S. Department of Energy, dont une partie a été sélectionnée puis améliorée par ajout de critères additionnels spécifiques au contexte de reconversion de l'industrie canadienne des pâtes et papiers. Les critères établis pour la nouvelle méthodologie ont pu être catégorisés (compétition avec les dérivés pétrochimiques, maturité technologique, taille du marché et prix, obtention directe à partir de sucres, critères économiques et critère environnemental). Suite au développement de la méthodologie, une sélection des sept produits les plus prometteurs pour leur production dans des bioraffineries forestières a été effectuée (1.4-butanediol, n-butanol, isobutanol, acide succinique, furfural, isoprène, xylitol/arabitol). Deux études de cas comparant la production du butanol à celle de l'acide succinique ont été réalisées par la suite afin de déterminer leur prix en sortie de bioraffinerie ainsi que leur rentabilité en s'alignant sur le prix de leur équivalent pétrochimique. Dans le cas du butanol, la voie biosourcée n'est pas rentable à l'échelle d'une bioraffinerie forestière seule. Dans le cas de l'acide succinique, qui est un produit plus niché mais à plus haute valeur ajoutée, les critères économiques imposés sont remplis et la vente du produit biosourcé à un prix inférieur à celui de son équivalent fossile peut même être envisagée. L'évaluation de l'empreinte carbone de la chaîne de transformation des deux produits a également permis de démontrer que la vente de crédits carbone peut être envisagée pour chacun d'entre eux. Enfin, des études de sensibilité ont été menées afin de déterminer la capacité des bioraffineries à résister aux aléas économiques. Alors qu'aucun critère économique n'est rempli pour la production du butanol, ils se montrent satisfaisants dans le cas de l'acide succinique pour tous les scénarios, à l'exception de ceux où le prix du pétrole est de 30 US$/bbl et où le CAPEX est augmenté de 20%.

Abstract

A methodology aiming the selection of hemicellulose derivatives for their production in forest biorefineries was developed in this project. Criteria established by the U.S. Department of Energy in prior selections were chosen, improved with additional data proper to the revitalisation of the Canadian pulp and paper industry and categorized (competition with the petrochemical industry, technological maturity, market size and price, direct pathway from sugars, economic and environmental criteria). Seven highly-promising chemicals were selecting following the establishment of the new methodology: 1.4-butanediol, n-butanol, isobutanol, succinic acid, furfural, isoprene and xylitol/arabitol. Two study cases comparing the production of butanol with the one of succinic acid were lead to assess their price “at the door” of the biorefinery and to determine their profitability if their price is the same as the one of their petrochemical counterparts. Biobased butanol is not profitable for a stand-alone biorefinery, whereas succinic acid is (although its market is smaller, it has a higher added value and a selling price lower than the one of its fossil-based equivalent can be considered). The carbon footprints of the transformation chains of the chemicals were assessed; sales of carbon credits may be envisioned for both chemicals. At last, sensitivity analysis were performed to determine the ability of the biorefineries to undergo rough economic conditions. The succinic acid case was satisfying for every situation except those for which the oil price was US$30 per barrel and for which CAPEX was increased by 20%; on the other hand, butanol did not fulfill any of the economic constraint.