Des polymères industriels qui poussent sur les arbres
La lignine est un polymère naturel présent dans la plupart des plantes. L’une de ses principales fonctions est de rigidifier, ce qui explique que les plantes rigides comme les arbres en contiennent généralement de grandes quantités.
Traditionnellement, l’homme n’a jamais accordé une grande valeur à la lignine. Il s’agit d’un sous-produit rejeté lors de la fabrication de papiers de haute qualité. L’Europe accumule chaque année environ 17 millions de tonnes de lignine indésirable provenant des processus de fabrication de la pâte à papier. La plupart sont brûlées, et environ 2 % sont utilisées à d’autres fins commerciales de faible valeur.
Or, la lignine peut être utilisée de manière rentable. Elle peut servir de matière première pour certains produits polymères actuellement à base de pétrole. La lignine est en outre suffisamment abondante pour remplacer cette source. Cela offre des possibilités intéressantes en matière de durabilité, en phase avec les objectifs de l’Europe en matière d’efficacité énergétique.
De la lignine à la fibre de carbone
Le projet EUCALIVA, financé par l’UE, a développé et démontré de nouvelles méthodes de conversion de la lignine brute en précurseurs d’autres produits. Il s’agit notamment de fibres de carbone, de films élastiques destinés à devenir des textiles et des tissus intelligents, ainsi que de matériaux non tissés et de leurs dérivés. Les chercheurs ont fait la démonstration et validé une installation de production pilote. EUCALIVA a reçu un financement de l’entreprise commune Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie.
Le procédé EUCALIVA récupère la lignine de la liqueur noire. Il s’agit d’un sous-produit de la fabrication du papier kraft qui élimine la lignine de la pâte de bois. «Nous nous sommes concentrés sur trois aspects fondamentaux de la préparation de la lignine», explique Nuria Valdés Mediavilla, responsable du projet. «Nous avons optimisé la séparation et la préparation de la lignine et la fabrication de fibres à base de lignine; nous avons développé des voies de thermostabilisation efficaces et plus rapides; enfin, nous avons mis au point des fibres de carbone et d’autres matériaux à base de carbone aux propriétés améliorées.» L’amélioration des propriétés mécaniques des fibres de carbone leur permet de remplacer le verre dans les applications structurelles, telles que les composites renforcés par des fibres, et d’être utilisées pour d’autres applications fonctionnelles.
EUCALIVA utilise de la pâte obtenue à partir d’Eucalyptus globulus. Il s’agit de l’espèce d’arbre de plantation idéale, qui pousse haut et droit, et si rapidement que son cycle de récolte dure entre 9 et 14 ans. Pour autant, la technique d’extraction de la lignine devrait pouvoir être adaptée à d’autres espèces.
Le projet a démarré au niveau de maturité technologique (TRL) 4-5, ce qui signifie que la technologie avait été validée. Les chercheurs ont fait progresser le projet jusqu’au niveau TRL 7, en faisant la démonstration du prototype du système dans un environnement opérationnel. L’usine pilote a produit des matériaux qui seront testés par des utilisateurs industriels.
Électrodes portables et à usage vestimentaire
Les tests ont porté sur un matériau extensible, sur lequel était imprimé un circuit miniaturisé. Les électrodes pouvaient être confortablement en contact avec la peau humaine, où elles surveillent et quantifient les principaux biomarqueurs de la transpiration humaine.
L’équipe a également démontré l’intégration des électrodes extensibles dans des vêtements et des gants de protection. Les électrodes ont parfaitement fonctionné lors de cycles d’étirement répétés. Cela a démontré le potentiel des électrodes intégrées dans les vêtements et destinées à surveiller la santé de l’utilisateur.
De nombreuses autres applications devraient également être envisageables. L’équipe travaille par exemple sur un tapis poreux en fibre de carbone à base de lignine, appelé tissu de charbon actif.
Nuria Valdés Mediavilla poursuit: «Pour l’instant, chacun de nos partenaires va orienter la technologie de conversion de la lignine dans des directions différentes. Certains développeront les applications de biocapteurs, d’autres chercheront à produire de nouveaux matériaux. Aucun n’est encore prêt à être commercialisé.» Mais bientôt, la lignine remplacera les sources fossiles pour de nombreux matériaux à base de polymères.
Pour aller plus loin : https://eucaliva.eu/
Source : EUCAlyptus LIgnin VAlorisation for Advanced Materials and Carbon Fibres - Résultats de la recherche de l'UE.