Production of energy carrier biomolecules by bioconversion of sweet sorghum stalks (Sorghum bicolor (L.) Moench)
Production de biomolécules vecteurs énergétiques par bioconversion des tiges de sorgho sucré (Sorghum bicolor (L.) Moench)
Résumé
Sweet sorghum stalks energy recovery is an opportunity for this agricultural by-product in a context of decreasing fossil resources and global warming. Bioethanol, biohydrogen and biomethane are energy carriers produced from the bioconversion of sweet sorghum stalks. However, taken separately, these bioconversion processes only lead to a partial conversion of this biomass. In addition, the usual ethanol production processes prove to be economically unprofitable due to the very expensive water and energy consuming juice extraction step. This study experimented with the energy vectors co-production by direct fermentation of crushed whole stems following different process flowsheets. The results revealed that the juice extraction step could be dispensed, significantly improving the efficiency and profitability of sweet sorghum stalks energy bioconversion process. These performances were reinforced by a saccharification step (Celluclast 1.5 L and Viscozyme L) of the crushed stems before their fermentation by Saccharomyces cerevisiae. This approach led to a significant increase (27.50%) in energy conversion yield. Ethanol and methane fermentation processes coupling led to an energy performance of 77.63% of raw stems energy potential, compared to 40.37% and 58.40% respectively for single ethanol fermentation and methanization processes. The energy performance of single dark fermentation process using a bacterial consortium was 41.22%. The highest net energy performance (88.74%) was obtained by dark fermentation and methanization processes coupling. This sustainable approach has economic and ecological advantages for alternative energies production.
La valorisation énergétique des tiges de sorgho sucré constitue une opportunité pour ce sous-produit agricole dans un contexte de diminution des ressources fossiles et de réchauffement climatique. Le bioéthanol, le biohydrogène et le biométhane sont des vecteurs énergétiques produits à partir de la bioconversion de tige de sorgho sucré. Toutefois, pris séparément, ces procédés de bioconversion ne permettent d'aboutir qu'à une conversion partielle de cette biomasse. De plus, les procédés actuels de production d'éthanol s'avèrent économiquement peu rentables du fait de l'extraction du jus qui est très consommatrice en eau et en énergie. Cette étude expérimente la coproduction des vecteurs énergétiques par fermentation directe de broyats de tiges entières selon différents schémas de procédé. Les résultats ont démontré la possibilité de s'affranchir de l'étape d'extraction du jus et d'améliorer significativement l'efficacité et la rentabilité du procédé. Ces performances ont été renforcées par une étape de saccharification (Celluclast 1.5 L et Viscozyme L) des broyats avant fermentation par Saccharomyces cerevisiae. Cette approche a permis d'obtenir une augmentation significative (27,50%) des rendements de conversion énergétique. Le couplage des procédés fermentaires (fermentation alcoolique - méthanisation) a conduit à une performance énergétique de 77,63% du potentiel énergétique des tiges brutes, contre 40,37% et 58,40% respectivement pour les procédés de fermentations alcoolique et de méthanisation simples. Les performances énergétiques obtenues par fermentation sombre en utilisant un consortium bactérien étaient de 41,22%. Des meilleures performances énergétiques (88,74%) ont été obtenues par couplage des procédés fermentation sombre - méthanisation. Cette approche durable présente des avantages économiques et écologiques pour la production d'énergies alternatives.
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