Implantation d'une ligne de production d'éthanol cellulosique dans une ferme agricole : production sur place des enzymes de saccharification en utilisant des résidus et des effluents comme substrats de fermentation



Les usines de bioéthanol utilisant la voie enzymatique pour convertir la cellulose (et souvent les hémicelluloses) des résidus lignocellulosiques en sucres fermentescibles font face à des coûts élevés pour l'utilisation d'enzymes. Deux des usines d'éthanol cellulosique les plus avancées au monde et localisées dans l'état de l'Iowa aux États-Unis, soit celle de Dupont Industrial Biosciences au Nevada et celle de POET-DSM à Emmetsburg, préconisent la production sur place des enzymes requises pour la saccharification de la cellulose en sucres fermentescibles. La production sur place des enzymes permet de réduire significativement le coût de leur utilisation et aussi les émissions de gaz à effet de serre reliées à leur utilisation.

C'est dans ce contexte qu'un projet de recherche a été mené pour développer à l'échelle de laboratoire un procédé de production d'enzymes sur place et ce, dans le cadre du projet AGROSPHÈRE. Le projet Agrosphère consiste à intégrer une usine de production d'éthanol cellulosique à une ferme agricole de la région de Lanaudière en collaboration avec La Coop Profid'Or et DuPont Industrial Biosciences (anciennement Danisco US – Genencor). Un projet de recherche a alors été entamé  dans le cadre du Programme en partenariat contribuant à la réduction et à la séquestration des gaz à effet de serre du FRQNT.

Les recherches visaient à produire des enzymes de saccharification à partir de résidus locaux qui étaient disponibles dans la région de Lanaudière et préférablement le plus près possible du site de la première usine d'Agrosphère à St-Alexis-de-Montcalm. Également, les recherches visaient à isoler de nouvelles souches microbiennes cellulolytiques, de préférence des bactéries du genre Bacillus sp. (en raison de la facilité à les produire à grande échelle avec des technologies matures de fermentation), à partir de ces mêmes résidus (car elles seraient mieux adaptées à leur milieu de culture alternatif).

L'équipe est parvenue à isoler 12 bacilles cellulolytiques et a mis au point un procédé de production d'enzymes cellulolytiques avec le champignon Trichoderma reesei RUT-30 (la souche qu'utilise DuPont industrial Biosciences) dans les boues papetières de l'usine Kruger de Crabtree, localisé à moins de 30 km de St-Alexis-de-Montcalm. Le champignon Trichoderma reesei RUT-30 a permis de produire un cocktail de cellulases et de xylanases similaire au cocktail commercial Accelerase Duet du partenaire industriel, DuPont Industrial Biosciences. Les nouvelles souches se sont avérées seulement être de bonnes productrices de xylanases et nous ne sommes pas parvenus à stimuler leur production de cellulases, soit  une hypothèse de recherche qui devait être vérifiée.

Les recherches accomplies dans le présent projet ont permis de valider la faisabilité de produire localement les enzymes de saccharification requises pour Agrosphère. Elles ont permis aussi de renforcer le partenariat avec DuPont Industrial Biosciences qui se sont inspirés des résultats et du modèle Agrosphère pour raffiner leur procédé de production sur place d'enzymes. Enfin, la compagnie envisage sérieusement de produire des enzymes au besoin sur le territoire de leurs clients avec des micro-usines de production telles que proposées par Agrosphère grâce aux résultats des recherches accomplies dans le présent projet d'actions concertées.

Une entreprise de haute technologie comme DuPont Industrial Biosciences pourrait ériger des filières de production d'enzymes en région et ainsi relancer des économies locales. La réalisation de ce projet a été possible grâce à une synergie collège-université-industrie rassemblant les professeurs Simon Barnabé et Marc Beauregard de l'UQTR, avec le professeur François Shareck de l'INRS-IAF et les chercheurs collégiaux François Bergeron du Cégep de Trois-Rivières et Hassan Chadjaa du CNETE. L'équipe a eu la chance de collaborer avec Olivier Lépine, Sébastien Lépine et David Johnston d'Agrosphère et Landon Steele, Aaron Kelley et Colin Mitchinson de DuPont industrial Biosciences.

Chercheur responsable

Simon Barnabé, Université du Québec à Trois-Rivières

Équipe de recherche

  • François Bergeron, cégep de Trois-Rivières
  • Hassan Chadjaa, collège Shawinigan
  • David Johnston, Groupe Lépine / Ferme Olivier Lépine
  • Olivier Lépine
  • François Shareck, INRS

Durée

2010-2014

Montant

230 500 $

Partenaires financiers

  • Fonds québécois de la recherche sur la société et la culture
  • Ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation

Appel de propositions

Réduction et séquestration des gaz à effet de serre