Analyse de Cycle de Vie pour Analyse de Cycle de Vie pour l’Eco-conception d’un procédé de l’Eco-conception d’un procédé de production d’un polymère végétal production d’un polymère végétal Leslie Jacquemin Pierre-Yves Pontalier Caroline Sablayrolles «Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et environnement» «Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et environnement» 22 au 24 novembre 2011 22 au 24 novembre 2011 ECPM Strasbourg ECPM Strasbourg
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Analyse de Cycle de Vie pour l’Eco-conception d’un procédé de production d’un polymère végétal Leslie Jacquemin Pierre-Yves Pontalier Caroline Sablayrolles.
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Analyse de Cycle de Vie pour l’Eco-Analyse de Cycle de Vie pour l’Eco-conception d’un procédé de production conception d’un procédé de production
«Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et «Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et environnement»environnement»22 au 24 novembre 2011 22 au 24 novembre 2011 ECPM StrasbourgECPM Strasbourg
• La première séparation Liquide/Solide effectuée au niveau de la grille intégrée à l’extrudeur ne permet pas d’empêcher le passage de fines particules en suspension.
Essorage: Centrifugeuse à bolRousselet RC 50PxR,
Porosité 10 μm20 kg/h à 2000 rpm
Centrifugation:Centrifugeuse à assietteClara 20 LAPX Alfa Laval200 kg/h à 9000 rpm
Le procédéLe procédé
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Evaporation
Conce
ntr
ati
on &
Puri
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tion
Pro
duit
fin
al
Poudre Poudre d’hémicellulosd’hémicellulos
eses
[Extrait purifié][Précipité
d’hémicelluloses]
Ultrafiltration
Lyophilisation
Atomisation
Précipitation
éthanolique
Chromatographie Echangeuse
d’ions
…
IntroductionLe procédéLe procédé
ACVConclusions et Perspectives
Evaporation sous vide0,1 bar
40°C
UltrafiltrationGE Healthcare, 30 kDa
PTM = 1.3barQP = 10L/h
Chromatographie échangeuse d’ions
Amberlite IRA958-Cl
Précipitation éthanolique
Acide acétique >> pH=53 Volume d’EtOH
Concentration de l’extraitPurification
Lyophilisation
AtomisationSéchage des poudres
L’Analyse de Cycle de Vie (ACV)L’Analyse de Cycle de Vie (ACV)
• Méthodologie qui fournit un moyen efficace et systématique pour évaluer les impacts environnementaux d'un produit, d'un service ou d'un procédé.
IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
Evaluation des impactsClassification (catégories
d’impacts)Caractérisation (Indicateurs
d’impacts)Evaluation des dommages
Analyse de l’inventaireCollecte des donnéesAffectation des flux
Bilan matière et énergie
Définition du champ de l’étude Objectifs
Frontières du systèmeUnité Fonctionnelle Interprétation
Identification des points significatifs
Evaluation
Conclusion et recommandations
Source: ISO 14044
• Dans la pratique, l’ACV est le plus souvent appliquée aux produits. Son application aux procédés est récente et de nombreux apports méthodologiques restent à développer.
Objectifs et champs de l’étude : Objectifs et champs de l’étude : (1) Objectifs(1) Objectifs
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IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
Eco-conception d’un procédé de production d’un polymère végétal
OBJECTIFSOBJECTIFS• Faire une comparaison
entre les scenarii et entre les procédés unitaires
• Evaluer les impacts environnementaux générés par chaque étape du procédé
Objectifs et champs de l’étude: (2) Limites du système et Objectifs et champs de l’étude: (2) Limites du système et unité fonctionnelleunité fonctionnelle
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IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
La matière première végétale est considérée comme déchet de la production de blé pour le grain, sa production n’est donc pas incluse dans les limites du système
Le procédé est supposé être développé à une échelle locale: les transports ne sont pas pris en compte
Les co-produits de ce procédé sont considérés comme des déchets, les valorisation éventuelles ne sont pas considérées pour le moment
La mise en place des infrastructures, leur maintenance et leur démantèlement ne sont pas pris en compteUnité fonctionnelle:
Produire 1kg de poudre d’hémicelluloses
Inventaire de productionInventaire de production
11Entrants Sortants
IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
• (p) = vecteur d’inventaire de production
• Ecoinvent Facteurs d’émissions et d’extractions Par exemple: la production d’un 1kWh d’électricité nécessite
l’extraction de 6.61x10-05 kg d’aluminium et émet 1.01x10-01 kg de CO2 dans l’atmosphère
Matrice d’émissions et extractions (E)
• Matrice d’inventaire du cycle de vie: (M) = (p) * (E)
Evaluation des Impacts environnementauxEvaluation des Impacts environnementaux
• Impact 2002+ (Jolliet et al. 2003) est utilisée dans cette étude
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Matrice d’inventaire de
cycle de vie
Impacts environnementaux
Toxicité humaineAmincissement de la
couche d’ozoneToxicité aquatique
Réchauffement climatique
Etc.
Ii = Score d’impact pour une catégorie (i)Fs,i = Facteurs d’impact pour une substance (s) dans la catégorie d’impact (i)Ms= Matrice d’inventaire (masse de substance prélevée ou émise)
IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
Ii= Σ Fs,i . Ms
Résultats et Interprétation: Résultats et Interprétation: Objectif 1, faire une comparaison entre les Objectif 1, faire une comparaison entre les procédés unitairesprocédés unitaires
• Objectif 1: Faire une comparaison entre les procédés unitaires
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IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
Résultats et Interprétation: Résultats et Interprétation: Objectif 1, faire une comparaison entre les Objectif 1, faire une comparaison entre les procédés completsprocédés complets
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IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
• Objectif 1: Comparer les procédés entre eux
Résultats et Interprétation: Résultats et Interprétation: Objectif 2, identifier les points clefsObjectif 2, identifier les points clefs
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IntroductionLe procédé
ACVACVConclusions et Perspectives
Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives
• Développement d’un procédé d’extraction d’hémicelluloses mettant en jeu de techniques originales.
• ACV Comparaison / Identification des étapes prépondérantes
• Les perspectives de l'ACV: Réalisation d’une étude de sensibilité
• Elargissement des frontières du système:– Prise en compte des transports– Intégration de la production de la matière végétale dans les
limites– Valorisation des co-produits (raffinat ligno-cellulosique, amidon)
Modifications des hypothèses• Etude de l’impact du recyclage de l’éthanol
• ACV et procédés Une approche détaillée pour la prise en compte des conditions
opératoires dans l’ACV 16
IntroductionLe procédé
ACVConclusions et PerspectivesConclusions et Perspectives
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RemerciemenRemerciementsts
Merci pour votre Merci pour votre attention!attention!
Si vous avez des Si vous avez des questions…questions…
Pourquoi le blé ?Pourquoi le blé ?
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Production de 38 millions de tonnes de
grains (blé tendre et blé dur confondus).
(Source: ADEME)
IntroductionIntroductionLe procédé
ACVConclusions et Perspectives
• Source de plusieurs co-produits : Estimation des disponibilités (Source ADEME)
• Pailles: 10 millions de tonnes/an• Sons: Coproduits de meunerie largement disponibles
• Une céréale largement cultivée en France :
Le blé: Composition et voies de valorisationLe blé: Composition et voies de valorisation
« Tout polysaccharide autre que la cellulose et les substances pectiques qui peut être extrait des parois des cellules végétales par des solutions alcalines. »
Structure chimique:Structure chimique:Squelette linéaire de D-Xylopyranose lié en β(1-4)
et substitué par des sucres acides ou neutres (acide glucuronique, arabinose, glucose)
IntroductionIntroductionLe procédé
ACVConclusions et Perspectives
Quelques rendements…
• Rendements en Arabinoxylanes
Rdt X +A 24.3 % 25.7 % 24.6% 25.44 %
Rendements = Contenu en Arabinoxylanes de la poudre / Arabinoxylanes introduites avec le son
Caractéristiques des poudres obtenuesCaractéristiques des poudres obtenues
• Rendements et composition en oses des poudres obtenues
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IntroductionLe procédéLe procédé
ACVConclusions et Perspectives
• Pureté et rendements inférieurs à une extraction en batch, mais: Production continue + Echelle pilote production plus large Valorisation des coproduits (raffinat ligno-cellulosique) Faible utilisation d’eau et de soude
• Caractéristiques des film obtenus par extrusion monovis: Contrainte à la rupture: 1MPa < σRH < 1,5MPa; Module d’élasticité: entre 2 et 3 Gpa; Elongation à la rupture: entre 30 et 35%.