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BEGREEN
BiotechnoloGY and pRocEsses for ENergy transition

Le très récent rapport du GIEC, les Accords de Paris, le Green Deal Européen expriment tous unanimement le caractère indispensable et urgent de la mise en place d’actions déterminantes pour limiter le réchauffement climatique en répondant aux besoins d’une population en pleine expansion sur ces prochaines années. La transition d’une énergie fossile vers des énergies renouvelables est une priorité ; les dynamiques politiques en Région Occitanie, en France et en Europe, expriment un engagement fort vers l’autonomie énergétique priorisant la production d’énergie à partir de matières premières renouvelables et de déchets, au sein de procédés industriels éco-compatibles.

Issues de la biomasse, les bioénergies sont la première source d’énergie renouvelable en France et en Europe. Sourcées localement, les bioénergies sont un secteur d’activité stratégique qui contribue au dynamisme des territoires avec un potentiel de développement important dans le transport et le chauffage, en accord avec les annonces de l’Agence Internationale de l’Energie. Citons l’exemple du biométhane, des biocarburants pour l’aviation et de l’hydrogène.

 

Fiche de présentation

  • Établissement coordinateur : INSA Toulouse
  • Établissement partenaires : INSA Toulouse, INRAE, IMT Mines d’Albi
  • Unité de Recherche : TBI / Toulouse Biotechnology Institute, Bio &Chemical Engineering
  • Responsable Scientifique :  Carole MOLINA JOUVE
  • Durée : Novembre 2021 – Décembre 2022
  • Financement :  Programme opérationnel FEDER-FSE Midi Pyrénées et Garonne 2014-2020
  • Montant : 999 999,39 Euros

Selon le récent rapport de l’IEA (Renewables 2020, Analysis and forecast to 2025 Fuel report, November 2020), le biométhane est une alternative prometteuse au gaz naturel d’origine fossile. Avec un marché actuel d’environ 8 milliards de mètres cubes et plus de 1 000 usines de production biométhane dans le monde, soit une fraction minuscule de l’offre totale de gaz naturel ; l’investissement s’est accru ces dernières années, en particulier en Europe mais également en Amérique du Nord, Brésil, Chine et Inde. Plusieurs grandes compagnies pétrolières, notamment Total, BP, Shell et Chevron, ont récemment annoncé des investissements dans la production de biométhane. En France, l’ADEME estime qu’un système gazier basé à 100 % sur du gaz renouvelable à horizon 2050 est atteignable en utilisant des ressources qui n’entrent pas concurrence avec les usages « matières premières » (agriculture, forêt, industrie du bois et biomatériaux) et alimentaires qui restent prioritaires (Un mix de gaz 100 % renouvelable, ADEME 2018). Les voies de production de biométhane priorisées sont très majoritairement (70 %) la méthanation catalytique de biomasses (voie thermochimique) et la méthanisation (voie biologique) de déchets.

Le secteur de l’aviation, très touché par les effets de la pandémie, met en œuvre de multiples stratégies pour réduire ses impacts environnementaux avec un objectif de réduction de 50% à l’horizon 2050. La production et l’utilisation à grande échelle de carburants aéronautiques par conversion biologique ou thermochimique de la biomasse peuvent jouer un rôle essentiel (IRENA 2021, Reaching Zero with Renewables: Biojet fuels, International Renewable Energy Agency) : les besoins en biocarburants pour 2050 sont évalués entre 100 et 200 milliards de litres par an. Avec une production actuelle proche de 140 millions de litres par an (2019) soit moins de 1 % du carburant actuellement utilisé par le secteur de l’aviation, les efforts de R&D s’intensifient et les bioprocédés et les procédés thermochimiques de conversion de biomasses offrent de réelles opportunités.

Enfin, l’hydrogène est un carburant dont les perspectives se confortent également. L’Union européenne a publié sa stratégie ou feuille de route pour l’hydrogène en 2020. Bien que la production et la consommation actuelles soient modestes, il est prévu une expansion à court terme de la production et l’utilisation de l’hydrogène dont la densité énergétique est particulièrement importante sans contenu carboné.

Le projet BeGreen réunit des acteurs majeurs de R&D dans le domaine des Biotechnologies et Procédés en Région Occitanie, en pleine capacité de s’associer efficacement pour contribuer à la création de nouvelles filières de production de molécules énergétiques par conversion de biomasses (gaz, solides, liquides), ou d’optimiser des voies existantes selon des critères de performances économiques et environnementales. Ce projet vise l’acquisition d’équipements qui ciblent spécifiquement les verrous limitant le développement de ces nouvelles filières depuis le prétraitement des biomasses jusqu’à l’obtention des produits. Les fronts de science concernent

  • Les catalyseurs biologiques ou chimiques qui sont au cœur des précédés de transformation de bioressources et déchets. L’exploration de leur très grande diversité, naturelle ou issue d’un travail d’ingénierie, reste un challenge avec des opportunités importantes de recherche et d’innovation.
  • Les réacteurs de conversion, séparation et purification des molécules produites ; ces derniers nécessitent des avancées à la fois dans la connaissance des processus fondamentaux qui régissent les performances mais également dans la conception technique incluant la métrologie et les mesures et l’éco conception. Les procédés de separation et purifications influencent fortement les performances économiques et environnementales des filières, avec une contribution sur le coût total de production qui peut atteindre 50%.

En complément, certains de équipements liés à des activités de biotechnologie permettent d’envisager, avec des perspectives très prometteuses, des applications à la santé et la nutrition humaine. Les biotechnologies contribuent de façon importante aux défis liés à la santé et l’alimentation humaine, notamment comme la pandémie l’a révélé, avec l’élaboration de solutions dans le diagnostic, le traitement, les vaccins, les besoins nutritionnels …

Partenaires

TBI - Toulouse Biotechnology Institute

https://www.toulouse-biotechnology-institute.fr
UMR5504 – Institut National des Sciences Appliquées – CNRS UMR792 – INRAE

RAPSODEE - Recherche d'Albi en génie des Procédés des Solides Divisés, de l'Énergie et de l'Environnement

https://www.imt-mines-albi.fr/fr/rapsodee
UMR CNRS 5302

logo twb

TWB - Toulouse White Biotechnology

https://www.toulouse-white-biotechnology.com/
UMS INRAE 1337 ; UAR CNRS 3582

Organisé en 5 plateformes, ce projet mobilise deux unités de recherche – Toulouse Biotechnology Institute (TBI ex LISBP) et Recherche d’Albi en Génie des Procédés des Solides Divisés, de l’Énergie et de l’Environnement (RAPSODEE) – et le démonstrateur industriel Toulouse White Biotechnology (TWB), avec des compétences multi disciplinaires de Chimie, Sciences du Vivant et Génie des Procédés. 

Ces partenaires ont la volonté d’associer leurs compétences et outils pour réaliser des avancées scientifiques, des ruptures/innovations technologiques, dans une vision holistique applicative de la bioéconomie pour la transition énergétique. Chacun de ces acteurs est reconnu au meilleur niveau pour ses activités en recherche fondamentale, recherche appliquée ou transfert industriel. Ils collaborent tous avec succès depuis de nombreuses années. Leur potentiel d’innovation est exceptionnel au bénéfice de la recherche mais également des acteurs industriels présents en Région. Ils constituent également une importante force d’attraction pour des industriels hors Région par l’unicité des forces et compétences regroupées en Occitanie.

Plateformes

En associant les acteurs majeurs de l’écosystème régional d’innovation en Biotechnologies et Procédés, le projet BeGreen repose sur la mise en place de 5 plateformes :

CATMES Catalytic methanation system

Localisation : VALTHERA – RAPSODEE
La plateforme CATMES permettra de réaliser la méthanation catalytique (production de méthane) de syngaz issu de la conversion thermochimique de biomasse et de déchets, et notamment :
• De tester et valider des nouveaux matériaux catalytiques développés par le centre dans ce procédé, à l’échelle pilote ;
• De compléter la chaîne de valorisation de la biomasse et de biodéchets vers un produit final phare. Le syngas obtenu par la thermoconversion de la biomasse et de biodéchets peut-être valorisé en biométhane via ce procédé de méthanation catalytique.
• D’ouvrir de nouvelles opportunités pour la recherche sur la valorisation du dioxyde de carbone via la méthanation catalytique directe du CO2.

FastStrain

Localisation : TWB
La plateforme FastStrain avec l’acquisition d’un système de micro-bioréacteurs à haut débit, permet une évaluation en temps réel et en parallèle sur 48 modalités de différents paramètres de suivi de culture de microorganismes incluant la biomasse, la fluorescence, le pH, l'OD et d'autres paramètres de culture clés en conditions aérobies ou anaérobies. Les volumes sont de l’ordre du micro litre.

MILBIOR

Localisation : TBI (plateforme FameTech)
La plateforme MILBIOR se positionne en complémentarité de la plateforme FastStrain sur une échelle croissante de volumes de réacteurs : du microlitre (FastStrain) au millilitre (MiILBIOR) ; elle permet d’évaluer de façon simultanée un nombre important de combinaisons de substrats/souches/conditions de cultures avec des milli bioréacteurs dont l‘instrumentation et les modalités de contrôle donnent accès à un grand nombre de données fiables, robustes et transposables sur des volumes plus importants. Le facteur d’échelle, compris entre 100 et 1000, entre les deux plateformes, permet une extrapolation minimisant les risques.

IONSCAN

Localisation : TWB
La plateforme IONSCAN est dédiée à l’analyse des moûts de fermentation par une technique de chromatographie par échange d’ions. Elle permet la caractérisation de l’exo-métabolome microbien en cours de la fermentation. L’objectif final est de pouvoir monitorer et caractériser assez finement l’évolution de concentration des substrats et produits dans le milieu de culture des bioréacteurs au cours des expériences de fermentations.

AFM-PS

Localisation : TBI
Contact : Cécile Formosa
Cette plateforme permet l’acquisition de connaissances sur les processus aux interfaces gaz/microorganisme en milieu liquide complexe, indispensables pour déduire des configurations performantes de procédés séparatifs.
Avec un AFM de nouvelle génération, elle offre des performances inédites par rapport aux matériels existant en Occitanie, équipée de la technologie commerciale d’imagerie rapide adaptée aux systèmes biologiques. Elle permet également, de façon originale et unique, l’implantation simultanée d’un système de pinces optiques pour des mesures couplées sur le même échantillon, dont l’acquisition est programmée par la Fédération FERMAT.