Abstract :
[en] As a major player of the forest-based industry, the pulp and paper industry is seeking to diversify its production and become part of a development focused on the bioeconomy. Pulp mills have become experts in the deconstruction of this unique natural material that is wood, which is the result of an assembly of different components where each element can be used. In this context, the concept of Integrated Forest Biorefinery (IFBR), for which the principles of refining apply to forest biomass, has been developed within integrated facilities in existing pulp mills. Among the new products that can come from the wood-industry, nanocellulose has a high potential of valorization in a variety of uses. It can be produced from conventional cellulosic wood pulp, and this way of diversification is easily implantable within existing paper mills.
This research tackles the different forms of nanocellulose and focuses on one of these forms, cellulose nanofibers (CNF), and on the production methods from wood pulp, especially unbleached wood pulp. We demonstrate the advantages of a CNF production process that combines enzymatic pretreatment of the pulp, followed by a mechanical treatment. This pretreatment by enzymatic hydrolysis is the main interest of the production process. The selected enzymes selectively attack the components of the fiber, leading to modifications which facilitate subsequent treatments. The development of a simple and rapid method for evaluating the impact of hydrolysis on fibers makes it possible to select the most appropriate wood pulp / enzyme cocktail combinations according to the targeted end products (nanocellulose, modified paper fibers, bioethanol, etc.).
Pretreatment by enzymatic hydrolysis can also be controlled in order to optimize certain cellulosic and hemicellulosic carbohydrates releases. The use of hydrolysis in successive stages allows the evacuation of the hydrolysis products. This attenuates the inhibitory effect of these products, but also allows a better yield and a better selectivity of the products obtained by the enzymatic pretreatment. This optimized pretreatment is compatible with the production of CNF.
This research demonstrates the use potential of the main types of unbleached virgin wood pulp produced by the paper industry, through a nanocellulose production process that also generates value-added co-products. This process can be controlled according to the targeted products and / or the desired degree of modification of the surface of the fiber.
[fr] Acteur majeur de l’industrie du bois, l’industrie papetière cherche à diversifier sa production et à s’inscrire dans un développement résolument axé vers la bioéconomie. Les papetiers sont devenus experts dans la déconstruction de cette matière naturelle unique qu’est le bois, lui-même le fruit d’un assemblage de différents composants dont chaque élément est valorisable indépendamment. C’est dans ce contexte que s’est développé le concept de bioraffinerie forestière intégrée (IFBR), pour lequel les principes du raffinage s’appliquent à la biomasse forestière, au sein d’installations intégrées dans les unités papetières existantes. Parmi les nouveaux produits qui peuvent être issus de la filière bois, la nanocellulose présente un haut potentiel de valorisation dans une diversité d’usages. Cette nanocellulose peut être produite au départ de pâte cellulosique classique de papeterie, dont la transformation en nanocellulose constitue une voie de diversification aisément implantable au sein des unités papetières déjà en place.
Cette recherche aborde les différentes formes de nanocellulose et se focalise sur une de ces formes, la cellulose nanofibrillée (CNF), et sur les méthodes de production de celle-ci au départ de pâte de papeterie, plus particulièrement de pâte non-blanchie. Nous démontrons les avantages d’un procédé de production de CNF qui combine un prétraitement enzymatique de la pâte, suivi d’un traitement mécanique. Ce prétraitement par hydrolyse enzymatique constitue le principal intérêt du procédé de production. Les enzymes sélectionnées attaquent de manière sélective les composants de la fibre, amenant à des modifications de celle-ci qui facilitent les traitements ultérieurs. La mise au point d’une méthode simple et rapide d’évaluation de l’impact de l’hydrolyse sur les fibres permet de sélectionner les combinaisons type de pâte / type d’enzymes les plus adéquates selon les produits finaux visés (nanocellulose, fibres papetières modifiées, bioéthanol, etc.).
Le prétraitement par hydrolyse enzymatique peut également être piloté afin d’optimiser la libération de certains sucres cellulosiques et hémicellulosiques. L’emploi d’une hydrolyse en plusieurs étapes successives permet l’évacuation des produits d’hydrolyse. Cette évacuation atténue l’effet inhibiteur de ces produits, mais permet également un meilleur rendement et une meilleure sélectivité dans les produits obtenus par le prétraitement enzymatique. Ce prétraitement optimisé s’avère compatible avec la production de CNF.
Cette recherche démontre le potentiel de valorisation des principaux types de pâtes de bois vierges non-blanchies issues de l’industrie papetière, par un procédé de production de nanocellulose qui génère également des coproduits d’intérêts. Ce procédé peut être piloté selon les produits visés et/ou le degré souhaité de modification de la surface de la fibre.
Disciplines :
Engineering, computing & technology: Multidisciplinary, general & others
Agriculture & agronomy
Biotechnology
