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La lignine, élément de base d’une économie à faible émission de carbone

Les scientifiques ont déchiffré le code de la lignine kraft fabriquée à partir de la liqueur noire dans les années 1940, mais avec l’attention mondiale portée au changement climatique et l’engagement des gouvernements du monde entier à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) tout en soutenant les économies durables, la production efficace de lignine et l’amélioration de sa qualité n’ont jamais été des sujets aussi brûlants dans les milieux du bioraffinage qu’aujourd’hui.

Dans son budget 2019, le gouvernement du Canada a prévu plus de 250 millions de dollars sur trois ans pour financer l’innovation et la technologie dans le secteur forestier. Cet investissement comprend plus de 90 millions de dollars pour la R et D dans le domaine de la bioéconomie. Grâce à ce financement, les organismes de recherche forestière comme FPInnovations font passer le mot et développent la science afin que les bioraffineries à grande échelle qui produisent à partir de la biomasse jouent un rôle important dans la transition vers une économie à faible émission de carbone.

Le marché mondial de la lignine devrait atteindre un milliard de dollars d’ici 2025. Au Canada, FPInnovations est le chef de file en récupération de la lignine, ayant mené des recherches scientifiques avec des partenaires menant au brevet des deux méthodes de récupération de la lignine utilisées dans ce pays – LignoForce System™ et la toute nouvelle TMP-Bio™.

Le marché mondial de la lignine devrait atteindre un milliard de dollars d’ici 2025. Au Canada, FPInnovations est le chef de file en récupération de la lignine, ayant mené des recherches scientifiques avec des partenaires menant au brevet des deux méthodes de récupération de la lignine utilisées dans ce pays – LignoForce System™ et la toute nouvelle TMP-Bio™.

Lors de la récente conférence PaperWeek Canada/BIOFOR qui s’est tenue à Montréal, Michael Paleologou, chercheur, procédés de nouvelle génération chez FPInnovations, a animé une table ronde sur les chaînes de valeur des bioraffineries à base de lignine. Les participants venaient de centres de recherche en Finlande et en Belgique, ainsi que de West Fraser Timber et du fabricant canadien de produits d’isolation Enerlab.

Le consensus parmi les participants était qu’une culture mondiale de la lignine est en train de se développer, ce qui conduira à de multiples produits non toxiques, neutres en carbone et rentables pouvant être utilisés dans la vie de tous les jours.

La lignine est actuellement utilisée par l’industrie comme composant dans les adhésifs pour le bois et les mousses isolantes, ainsi que comme dispersant dans les industries du textile et des pesticides. Les applications à venir comprennent l’utilisation comme dispersant dans les industries des adjuvants pour béton et des cloisons sèches, ainsi que le remplacement des produits chimiques à base de pétrole dans les industries des thermoplastiques, de l’asphalte et des fibres de carbone.

Sources de lignine

« Les lignosulfonates sont produits dans des usines de sulfite depuis 100 ans », explique M. Paleologou. « Toutefois, les usines de sulfite ne sont plus construites, de sorte que la demande de produits à base de lignine doit être satisfaite avec de la lignine provenant d’autres sources. Les sources les plus prometteuses sont les usines de pâte kraft et les procédés avancés de bioraffinage qui utilisent des matières lignocellulosiques comme matière première ».

Les principaux procédés commerciaux de la lignine kraft utilisent le dioxyde de carbone pour acidifier la liqueur noire. M. Paleologou a dirigé une équipe qui a créé un procédé plus efficace pour récupérer la lignine kraft de la liqueur de cuisson. FPInnovations a accordé une licence à NORAM Engineering, ce qui a abouti au développement du système LignoForce. Dans ce procédé, la liqueur noire est oxydée avec de l’oxygène avant d’être acidifiée avec du dioxyde de carbone, ce qui présente plusieurs avantages :

• Réduction de l’odeur de soufre
• Réduction de 20 à 40 % de la consommation de CO₂
• La chaleur provenant de l’étape d’oxydation est récupérée et réutilisée dans le moulin
• La lignine est plus pure (moins de 0,5 % de cendres contre 3 % de cendres)

L’industrie s’intéresse également au procédé TMP-Bio, car il convertit toute la biomasse en sucres cellulosiques et en H-lignine (lignine quasi native), au lieu de ne convertir que la liqueur noire, explique Changbin Mao, chercheur à FPInnovations : « Nous avons créé ce processus à partir de zéro dans notre laboratoire. »

Le procédé TMP-Bio est en phase d’essai. L’année dernière, FPInnovations et Produits forestiers Résolu ont mis en service une nouvelle usine pilote TMP-Bio de 23 millions de dollars à Thunder Bay, en Ontario, avec un financement de tous les niveaux de gouvernement.

Utilisations de la lignine

En 2014, West Fraser Timber a commencé à planifier la première installation industrielle de LignoForce au Canada, à Hinton, en Alberta. L’usine peut aujourd’hui produire 10 500 tonnes de lignine par an. Au départ, West Fraser a commencé à produire de la lignine à utiliser dans ses usines de contreplaqué.

« La disponibilité de matériel à l’échelle commerciale a permis d’élargir la gamme des applications de la lignine pour les utilisateurs finaux, ce qui, en bout de ligne, élargira le marché de notre lignine », déclare Eddie Peace, responsable du développement du marché des bioproduits pour West Fraser Canada. « Nous comprenons maintenant mieux la proposition de valeur de notre lignine Amallin™ et ce qu’elle peut faire pour nos clients ».

Le fabricant de produits isolants Enerlab, à Beloeil, au Québec, remplace plus de 20 % de la masse des mousses rigides de polyuréthane par de la lignine. Pour le président de l’entreprise, Armand Langlois, il s’agit de rester compétitif : « L’industrie de l’isolation est dominée par les multinationales; nous avons donc décidé de nous démarquer de la concurrence en nous orientant vers les bioproduits tout en réduisant notre empreinte écologique ».

Une solution aux nids de poule

Une nouvelle utilisation de la lignine consiste à remplacer jusqu’à la moitié du bitume dans l’asphalte, ce qui permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d’améliorer les performances des routes à des températures plus basses. FPInnovations travaille sur une démonstration d’asphalte biosourcé avec RISE BioEconomy, un institut de recherche en Suède.

Grâce à la poussée donnée par le secteur forestier et le gouvernement en faveur d’une industrie du bioraffinage durable et avec la R et D, le secteur peut devenir un pilier d’une économie à faible émission de carbone, et la lignine, un de ses produits phares.

Pour obtenir des informations sur le développement commercial de la lignine, veuillez contacter Natacha Mongeau.