Optimisation de la production d’acide furan-2,5-dicarboxylique à partir de déchets verts pour la conception de plastiques bio-basés

Afin de trouver des alternatives renouvelables aux produits issus de l’industrie pétrochimique, de nombreuses voies de recherches ont été explorées. Une voie prometteuse est la technologie des dérivés furaniques. Parmi ces composés, le 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF) fait partie des molécules plateformes les plus importantes1. Il s’agit d’un produit de dégradation obtenu par déshydratation des hexoses2,3. Le 5-HMF peut servir de base à la conception de nombreuses molécules valorisables comme l’acide furan-2,5-dicarboxylique dont la structure proche de l’acide téréphtalique permet des applications dans la conception de polymères bio-basés3.

L’acide furan-2,5-dicarboxylique respecte la législation REACH selon l’European Chemicals Agency4. Un rapport de l’EFSA de 2014 a démontré que cette substance ne posait pas de problème de toxicité lors de son utilisation comme monomère de base dans les plastiques d’emballage pour aliments5. Selon la société Avantium, le FDCA peut être utilisé pour produire un plastique entièrement bio-basé, le polyéthylène furanoate (PEF), qui affiche des performances supérieures à celle du poléthylène téréphtalate (PET) en termes de stabilité thermique, de propriétés mécaniques et de perméabilité aux gaz6.

Si le FDCA peut être convertit en de nombreux produits à haute valeur ajoutée, il existe toutefois un frein majeur à son exploitation industrielle : son précurseur, le 5-HMF, n’est pas encore produit en grande quantité1. Ce problème est dû principalement à la déshydratation non sélective des sucres de la biomasse qui aboutit à de nombreux autres produits que le 5-HMF. La première difficulté à surmonter est donc la mise au point d’un procédé permettant de déshydrater de manière efficace et sélective les sucres de la biomasse. Le 5-HMF est également peu stable en milieu acide où il se décompose en acide formique et en acide lévulinique2.

L'enjeu du projet de recherche présenté est donc l’optimisation de la production de 5-HMF à partir d’un ou plusieurs types de biomasses dans un premier temps, puis l’optimisation de la conversion du 5-HMF produit en FDCA. Les paramètres à prendre en compte sont notamment les sources de biomasse, l’efficacité des prétraitements concernant l’extraction des sucres, la sélectivité et l’efficacité de la conversion de ces sucres en 5-HMF (système mono- ou biphasique), l’étude de divers catalyseurs, le coût des traitements, etc…