Conduire sur des pissenlits

Un pneu de voiture fait de pissenlits ? Les premiers tests ont déterminé que les racines du pissenlit russe peuvent être une source de matière première pour le caoutchouc naturel. Ce sont les conclusions d’un projet commun entre le fabricant de pneus Continental et l’Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d’écologie appliquée de Münster, en Allemagne, ainsi que d’autres partenaires. Il faudra cependant attendre au moins cinq ans avant que les premiers pneus anti-pissenlit ne soient mis en circulation.

Les ressources limitées et la croissance de la population mondiale exigent de nouvelles façons de penser. Un exemple est l’utilisation de produits d’origine biologique comme les déchets de bois, les pissenlits et le glucose comme compléments au pétrole brut. Dans le monde entier, la bioéconomie gagne du terrain. Mais malgré des succès considérables, il reste encore beaucoup de recherche et de développement à faire. Quand les ressources renouvelables sont-elles vraiment bonnes ?

Frakta signifie transport – et c’est justement ce que le sac qui porte ce nom est conçu pour faire. Grand, robuste et facile à nettoyer, le sac à provisions bleu emblématique du détaillant de meubles suédois IKEA se trouve dans de nombreux foyers. Il est utilisé pour toutes sortes de choses, notamment pour ranger des bouteilles et déménager, ou comme panier à linge, sac à provisions ou même pour remplacer une valise. Pour l’instant, ce sac polyvalent est fabriqué en plastique à base de pétrole, en partie à partir de polypropylène vierge. Toutefois, cela va bientôt changer : D’ici 2020, IKEA veut fabriquer tous ses produits en plastique – y compris les sacs de transport, les jouets pour enfants et les boîtes de rangement – à partir de matériaux renouvelables et/ou recyclés. Ce ne sera pas une tâche facile. Pour les applications dans des domaines sensibles tels que les emballages alimentaires ou les jouets pour enfants en particulier, les exigences en matière de protection de la santé font que les plastiques recyclés d’aujourd’hui ne sont pas une option. Des alternatives sont nécessaires. « Ici, nous essayons de remplacer les plastiques à base de pétrole par ceux fabriqués à partir de matières premières renouvelables. Cela pourrait signifier des polymères 100 % bio-sourcés comme le polylactide ou encore des combinaisons de divers matériaux bio-sourcés. Dans certains cas, les mélanges avec des plastiques à base de pétrole sont également une première étape possible », explique Puneet Trehan, responsable de l’innovation et du développement des matériaux chez IKEA. L’objectif initial, dit-il, est d’atteindre une proportion de 40 à 60 % de matériaux d’origine biologique.

Compléments au pétrole brut

Du bio au lieu du pétrole : IKEA n’est pas la seule entreprise à s’engager en faveur des plastiques biologiques. Environ 100 ans après l’invention du premier plastique entièrement synthétique, la bakélite, qui a été rapidement suivie par des milliers d’autres, les scientifiques et les producteurs orientent aujourd’hui leurs recherches dans une nouvelle direction. Les produits de demain devraient être de haute qualité mais fabriqués à partir de ressources renouvelables, de plantes, de déchets organiques ou de micro-organismes. Le fabricant de jouets LEGO, par exemple, a déclaré vouloir produire ses briques de construction en plastique à partir de matériaux alternatifs à partir de 2030. Pour ce faire, l’entreprise a annoncé qu’elle investirait en 2015 l’équivalent d’environ 135 millions d’euros pour fonder son propre centre de matériaux durables. En 2009, la société Coca-Cola a lancé sa technologie PlantBottleTM et peu de temps après, elle a accordé une licence à d’autres grandes entreprises telles que le producteur de ketchup H.J. Heinz et Ford Motor Company. La bouteille en polyéthylène téréphtalate (PET) était initialement composée de 30 % de matériaux d’origine végétale. L’objectif de Coca-Cola est de produire la PlantBottle en utilisant uniquement des ressources renouvelables. Au cours de la prochaine décennie, cela devrait être le cas pour toutes les bouteilles en plastique PET, qui représentent environ 60 % de tous les emballages de Coca-Cola.

La société Synvina propose une solution qui permet de fabriquer des bouteilles en plastique à partir de matières premières 100 % renouvelables. Cette entreprise commune récemment créée entre BASF et la société néerlandaise Avantium produit l’acide furandicarboxylique (FDCA), un élément chimique de base, à partir du fructose. Le FDCA peut être utilisé pour fabriquer du polyéthylènefuranoate (PEF), qui peut être transformé en bouteilles de boisson et en emballages alimentaires. Les bouteilles de PEF présentent des caractéristiques uniques : Non seulement elles sont 100 % biologiques, mais en comparaison avec les bouteilles en PET, elles offrent des propriétés barrières améliorées pour les gaz comme le dioxyde de carbone et l’oxygène, ce qui permet de prolonger la durée de conservation des boissons emballées. L’industrie automobile vise également à revenir aux sources : À ses débuts, l’industrie automobile travaillait avec des biomatériaux – comme le montre une voiture développée par Henry Ford dans les années 1930 avec une carrosserie en fibres de chanvre. Mais après l’adoption de la loi sur la taxe sur la marihuana en 1937 aux États-Unis, la pression sur Ford est devenue trop forte et le développement a été arrêté. Aujourd’hui, l’idée de réduire les émissions de carbone d’une voiture en diminuant son poids grâce à l’utilisation de matériaux naturels comme le chanvre, le sisal, le kenaf et le lin suscite un regain d’intérêt. De plus en plus, les composants sont fabriqués à partir de plastiques en fibres naturelles, relativement moins chers, au lieu de matériaux de construction légers comme le carbone ou la fibre de verre.

Le bois, liquéfié : Un matériau traditionnel crée de nouvelles possibilités : Le bois liquide, constitué en grande partie de lignine polymère, peut être moulé sous n’importe quelle forme par injection. Il peut être utilisé pour fabriquer des boîtiers pour des écouteurs comme ceux de la société Audioquest, ou des boîtiers pour des haut-parleurs et des téléphones portables. Environ 50 millions de tonnes de lignine sont produites chaque année comme déchets de la production de papier.

Réduire les émissions de carbone

L’économie basée sur les énergies fossiles atteint de plus en plus ses limites. Le changement climatique et la nécessité de réduire les gaz à effet de serre qui en découle signifient qu’il est temps de repenser l’économie. « Les produits biologiques sont désormais la seule alternative. Sans la bioéconomie, l’objectif à long terme des pays du G7 d’éliminer les émissions de dioxyde de carbone n’est probablement pas réalisable », déclare Waldemar Kütt, PhD, chef de l’unité « Produits et procédés biologiques » à la direction générale de la recherche et de l’innovation de la Commission européenne. La raison en est que les plantes absorbent le dioxyde de carbone de l’air par photosynthèse. « Lorsque nous utilisons ce carbone obtenu à partir de la biomasse végétale ou microbienne dans la fabrication de nos produits, nous éliminons le CO2 de l’environnement, en harmonie avec le cycle naturel du carbone biologique. Ce n’est pas le cas du pétrole, qui a été créé sur des millions d’années et n’offre aucun avantage en matière de réduction du CO2 », explique Ramani Narayan, professeur de génie chimique et de sciences des matériaux à l’université de l’État du Michigan, aux États-Unis. Le pétrole ne sera pas remplacé complètement, mais même une substitution partielle est un pas positif vers la réduction de notre empreinte carbone. « Si seulement 20 % du carbone des quelque 37,5 millions de tonnes de PET utilisées pour la fabrication des bouteilles dans le monde étaient remplacés par du carbone d’origine biologique, cela permettrait d’absorber 17,2 millions de tonnes de CO2 dans l’environnement. Cela équivaudrait à une économie d’environ 40 millions de barils de pétrole », déclare Narayan.

La culture de la pomme de terre : Les agriculteurs chinois qui sont passés de l’utilisation d’un film de paillis non compostable au produit biodégradable ecovio® ont pu augmenter leurs rendements de manière significative.

Accroître la capacité de production de produits d’origine biologique

Il y a deux expressions que les consommateurs rencontrent souvent lorsqu’il s’agit de bioplastique : biobased et biodégradable. Le bioplastique est fabriqué à partir de matières premières renouvelables mais n’est pas nécessairement biodégradable. Il peut même être aussi durable que le plastique conventionnel. En revanche, le plastique fabriqué à partir de pétrole brut ou de gaz naturel peut être biodégradable (voir encadré). « Nous constatons une demande croissante de produits d’origine biologique à laquelle nous répondons par de nouvelles technologies et des innovations. Dans le même temps, nous élargissons notre portefeuille de matériaux biodégradables », explique Carsten Sieden, PhD, chef de l’unité de recherche en biotechnologie blanche de BASF. Pour l’instant, les bioplastiques ne représentent encore qu’une petite partie du marché. Ils représentent moins de 1 % des 300 millions de tonnes de plastique produites chaque année dans le monde. Mais, selon les données du marché de l’association industrielle European Bioplastics, ce chiffre devrait augmenter fortement dans les années à venir. La capacité de production mondiale d’environ 2 millions de tonnes métriques (2015) devrait presque quadrupler d’ici 2019 pour atteindre environ 7,8 millions de tonnes métriques. La part du lion (environ 80 %) est constituée de bioplastiques fabriqués à partir de matières premières biologiques, mais qui ne sont ni biodégradables ni compostables.

Tous les bioplastiques ne sont pas biodégradables

Les plastiques biodégradables sont utilisés entre autres dans les sacs de déchets organiques et dans les films de paillage agricole. Le plastique compostable ecovio® de BASF, par exemple, prouve ses avantages dans le secteur agricole chinois. En Chine, la technique conventionnelle consistant à utiliser un film de paillage fabriqué à partir de plastique polyéthylène non biodégradable devient un sérieux problème environnemental. Le film aide les plantes à pousser en conservant la chaleur et l’humidité dans le sol, mais tout le film est laissé sur les champs en petites bandes minces. Lorsqu’elles sont labourées, les pièces de plastique entravent la croissance des racines et réduisent ainsi les rendements futurs. Les agriculteurs qui sont passés à l’utilisation d’un film de paillage biodégradable fabriqué à partir d’écovio ont pu augmenter à nouveau leurs rendements. Cela a également été prouvé par des expériences à grande échelle que BASF mène depuis des années en coopération avec des partenaires et des organisations locales. Par exemple, dans un champ d’essai pour les pommes de terre dans la province de Guangdong, le rendement a été augmenté de 18 %, ce qui a également permis de réduire les coûts de récolte de 11 %.

Stratégies politiques

Compte tenu des ressources limitées, comment peut-on fournir à une population croissante suffisamment de produits de première nécessité tels que la nourriture et l’énergie ? Les décideurs politiques et l’industrie se tournent vers la bioéconomie pour apporter des réponses à une question clé du 21e siècle. Tous les pays du G7 ont lancé des initiatives dans ce domaine et certains ont mis en place des stratégies très décisives. Le gouvernement américain, par exemple, a publié en 2012 le National Bioeconomy Blueprint, qui déclare que la recherche et la commercialisation des biosciences sont un « moteur majeur » de la croissance économique américaine. La même année, le Japon a adopté sa stratégie d’industrialisation de la biomasse, un plan d’action qui définit sept initiatives assorties d’un calendrier et d’objectifs clairs. Les politiques du Japon visent à faire progresser le développement de nouvelles technologies de bioraffinage ainsi que des ressources biologiques telles que les microalgues. L’accent est mis à moyen terme sur les nouvelles technologies industrielles, tandis que la priorité à court terme est de garantir l’approvisionnement en énergie d’origine biologique.

Réacteur avec des algues pour générer de la biomasse : Les décideurs politiques et l’industrie se tournent vers la bioéconomie pour apporter des réponses à la question des ressources.

Enfin et surtout, l’Union européenne est également un acteur supranational important dans ce changement de paradigme. Il y a près de cinq ans, elle a présenté sa stratégie de bioéconomie et son plan d’action pour une bioéconomie européenne. Deux ans plus tard, la Commission européenne a lancé l’entreprise commune pour les industries de la biomasse en tant qu’initiative centrale d’investissement en 2014. Environ 70 entreprises des secteurs de l’agriculture, de la sylviculture, de la chimie et de l’énergie y participent, ainsi que des fournisseurs de technologies en tant que partenaires industriels. Au total, cette initiative permettra d’investir environ 3,7 milliards d’euros d’ici 2020 dans la commercialisation de nouveaux produits et procédés issus de la biotechnologie. Les principales nations industrielles ne sont pas les seules à prévoir un changement partiel. Un fait moins connu est qu’aujourd’hui, environ 45 pays ont déjà développé des stratégies très diverses pour une transition partielle vers un système avec des ressources renouvelables et des processus de production basés sur la biologie. Par exemple, l’Ouganda encourage l’utilisation des énergies renouvelables, de la biotechnologie et de la biomasse, tandis qu’en Malaisie, l’accent est mis sur le passage à des produits d’origine biologique.

Une mode faite de lait

La microbiologiste et créatrice de mode Anke Domaske crée des vêtements faits de lait qui ne sont plus propres à la consommation. Ses fibres QMilk sont basées sur la caséine, une protéine de lait en poudre. Cette biofibre est douce pour la peau, entièrement compostable – et théoriquement même comestible.

La question de la durabilité

Néanmoins, l’évolution vers une bioéconomie fait également l’objet de discussions critiques. Des sujets tels que « nourriture contre carburant », l’utilisation des terres et les ressources correspondantes pour la culture, et les conditions de travail équitables jouent un rôle central dans le débat actuel sur les ressources renouvelables. À l’heure actuelle, certains signes montrent que la biomasse de deuxième génération – composée de matières premières non comestibles – prend de plus en plus d’importance. Cela ne signifie pas pour autant que le canola (huile de colza), le maïs et d’autres produits similaires de la première génération ont été supplantés. « La bioéconomie et les bio-industries ont le potentiel de fournir suffisamment de nourriture, d’aliments pour animaux, de fibres et d’autres matériaux pour répondre à nos besoins, si elles sont développées de la bonne manière », déclare Joanna Dupont-Inglis, directrice de la biotechnologie industrielle chez EuropaBio. « Il n’y aura cependant pas de réponse unique car la bioéconomie est incroyablement diverse et, par conséquent, différentes matières premières ont un sens dans différentes régions pour différentes applications. En outre, nous sommes certains de trouver de nouvelles solutions pour minimiser les déchets et utiliser davantage ce qui est inévitable ». Le nylon du bois, les pneus des pissenlits, les lubrifiants des chardons – la biomasse de deuxième génération est principalement composée de plantes non comestibles, de déchets organiques et de résidus. Selon les Nations unies, environ 5 milliards de tonnes de biomasse sont créées chaque année sous forme de résidus agricoles. Comme ceux-ci ne conviennent pas à l’alimentation, ils peuvent être utilisés comme matières premières.

Moteurs à base de plantes

La bactérie Basfia succiniciproducens produit de l’acide succinique d’origine biologique, qui est un composant important des plastiques biodégradables.

Le prix doit être juste

Théoriquement, la bioéconomie a un grand potentiel : une technologie clé qui stimule l’innovation, de meilleures performances, de nouveaux emplois et une réduction des émissions de dioxyde de carbone. Néanmoins, il ne faut pas le surestimer. « La bioéconomie n’est pas une solution miracle ni la réponse à tous nos problèmes, mais elle peut nous aider à relever certains des plus grands défis sociétaux et environnementaux auxquels nous sommes confrontés », déclare M. Dupont-Inglis, ajoutant : « Les 100 000 produits chimiques actuellement utilisés peuvent, en théorie, être fabriqués à partir de sources de carbone renouvelables plutôt qu’à partir de carbone fossile. Cependant, nous devons bien sûr prendre en compte les trois piliers de la durabilité dans le développement de la bioéconomie du futur, ce qui signifie qu’il faut peser les avantages environnementaux, sociétaux et économiques dans chaque cas ». ajoute M. Sieden, chercheur à BASF : « Un des leviers pour faire progresser la bioéconomie est de disposer de volumes suffisants à des prix compétitifs. Mais surtout, une industrie biologique forte constitue une opportunité majeure pour les innovations. Nous voulons exploiter ce potentiel dans notre réseau de recherche ».

De plus en plus de clients demandent des produits d’origine biologique. « C’est une grande opportunité pour nous d’élargir notre base de matières premières. Mais cela ne sera pas possible du jour au lendemain », explique M. Sieden. Il a fallu plus d’une demi-décennie de travaux de recherche et de développement pour transformer l’acide succinique d’origine biologique – produit à partir de la bactérie Basfia succiniciproducens – en un produit commercial. L’acide est un composant important des plastiques, revêtements et polyuréthanes biodégradables, qui peuvent être utilisés pour fabriquer des matelas, des revêtements de sol et des sièges automobiles. Succinity, l’entreprise commune entre BASF et la société néerlandaise Corbion, exploite depuis 2014 une usine à Montmélo, en Espagne, qui a une capacité annuelle de 10 000 tonnes d’acide succinique d’origine biologique pour le marché mondial. La question des volumes suffisants est également un défi majeur pour le dirigeant d’IKEA, Puneet Trehan. Toutefois, il voit des progrès significatifs pour son secteur, même au niveau des coûts. « Notre expérience montre que si la chaîne de valeur est organisée correctement dans le cadre d’un partenariat, les coûts seront certainement compétitifs », dit-il. Selon lui, une chose est importante avant tout : « Il faut des partenaires qui s’engagent dans le même but ». Dans le monde de la bioéconomie, le statu quo n’est pas une option. « ‘L’évolution industrielle’ serait peut-être adaptée à la transition qui est en cours », dit Joanna Dupont Inglis. « La production de solutions biologiques renouvelables et efficaces en termes de ressources impliquera des niveaux de collaboration inédits dans un large éventail d’industries et de secteurs ».

Utilisation de matières premières renouvelables

Il n’est pas nécessaire que ce soit toujours du pétrole brut. Nous montrons comment les produits fabriqués entièrement ou partiellement à partir de matières premières renouvelables ont déjà trouvé leur place dans notre vie quotidienne – ou la trouveront à l’avenir.