La chimie verte avance : les lauréats du Green Chemistry Challenge

Depuis 1996 un concours de chimie verte est organisé aux Etats-Unis. Il concerne aussi bien de nouvelles molécules moins ou pas dommageables pour
l'environnement que des procédés classiques rendus plus économes en énergie ou en matières premières, remplissant ainsi plusieurs des 12 principes de la chimie verte.

Codexis Inc et le Professeur Yi Tang de l'Université de Californie Los Angeles sont primés pour un schéma de synthèse amélioré pour la synthèse de la Simvastatin, molécule utilisée pour faire baisser le taux de cholesterol. Codexis est spécialisé dans la production d'enzymes spécifiques et d'intermédiaires pour la pharmacie. Le prix remis cette année concerne une nouvelle voie de synthèse (en commun avec Merck) procurant un rendement plus élevé (97 %) tout en utilisant moins de réactifs dangereux et seulement deux étapes. Un seul coproduit est généré et il est recyclé. Il s'agit d'une biocatalyse avec un enzyme modifié génétiquement pour obtenir un rendement élevé. Le procédé est industrialisé.

Cytec Industries Inc est primé dans la catégorie "procédé plus vert" pour un inhibiteur de dépôts de sodalite dans le procédé Bayer de production de l'alumine à partir de la bauxite. Cet inhibiteur le Max HT ralentit fortement les dépôts de sodalite (un aluminosilicate) dans les disgesteurs d'attaque de la bauxite et dans les échangeurs thermiques en aval. Ainsi les échanges thermiques sont meilleurs (économie d'énergie) et les arrêts pour nettoyage des appareils réalisés à des intervalles plus longs. Typiquement les digesteurs fonctionnent de 45 à 60 jours en continu contre 8 à 10 jours auparavant et les évaporateurs plus de 150 jours contre 20 à 30 auparavant. Ceci avec un dosage en inhibiteur de l'ordre de 20 à 40 ppm dans la solution d'attaque (soude concentrée). Il existe 73 unités Bayer dans le monde, dont 18 utilisent cette solution ce qui a économisé pour chaque unité plusieurs millions de dollars par an, et pour toutes les unités, d'un point de vue environnemental 250 000 tep/an soit l'émission d'environ 300 000 t/an de gaz carbonique a minima, et quelques centaines de milliers de tonnes de déchets dangereux.

Buckman International Inc est distinguée pour une amélioration du procédé classique de production de pâte à papier par voie mécanique. Elle est due à l'utilisation d'enzymes développés spécifiquement pour cet usage (Maximyze®). Ainsi on produit des papiers de plus haute qualité, plus résistants, uniquement par un traitement préalable des fibres de bois par ces enzymes qui libèrent mieux les fibriles de bois (action au niveau de la cellulose) offrant ainsi plus de liaisons hydrogène entre elles, d'où une plus grande résistance du papier (ou du carton) : à résistance égale du papier la quantité de matière est plus faible. Pour une même quantité de papier produite in fine, la consommation de fibres de bois est moindre ; ou alors on peut aussi incorporer plus de fibres recyclées. Outre cette économie de matière, la productivité est améliorée d'environ 2 % et la consommation énergétique pour le raffinage des fibres réduite d'environ 40 %. Ce gain de résistance obtenu par le procédé évite l'emploi de charges et autres produits de renforcement jusqu'ici utilisés. Des avantages testés industriellement depuis 2010 et adoptés dans une cinquantaine de papeteries en Amérique du nord.

Les PMI sont aussi présentes dans le concours : Elevance Renewable Science Inc utilise la réaction de métathèse (Prix Nobel 2005 à Yves Chauvin, Robert H.Grubbs et Richard Schrock) pour produire de nouvelles molécules à partir d'huiles naturelles. Cette réaction permet des réarrangements (notamment avoir plusieurs fonctions chimiques sur une même molécule) entre chaines grasses pour obtenir de nouvelles molécules plus stables et mieux adaptées à leurs usages : tensio-actifs, lubrifiants, additifs pour plastiques, voire monomères pour de nouveaux bioplastiques. C'est un procédé catalysé, à basse température et basse pression utilisant des ressources naturelles. La société construit actuellement deux unités de production aux Etats Unis (Natchez Mississipi) et en Indonésie (Gresik) de plusieurs centaines de tonnes/an. Ce type de réaction se place en tête d'une bioraffinerie conçue par la société.

Deux récompenses ont été décernées à des projets plus académiques, mais très orientés vers les applications. Robert M. Waymouth professeur à l'Université de Stanford et James L. Hedrick du centre de recherche IBM d'Almaden ont travaillé sur les catalyseurs de polymérisation de certains plastiques (polyesters, polycarbonates, polysiloxanes...). Jusqu'à présent on utilise des catalyseurs métalliques qui restent piégés dans le polymère final (notamment organostanniques qui viennent d'être interdits en Europe, et autres métaux). Certes les quantités sont infimes mais vu les tonnages produits présentent des risques environnementaux et parfois de santé. Les nouveaux catalyseurs sont entièrement organiques, sont très spécifiques et produisent des structures difficiles à obtenir par les voies classiques ; ils sont en outre non toxiques ni cytotoxiques.

Geoffrey W.Coates professeur à l'université Cornell est récompensé pour la synthèse de polymères biodégradables utilisant du monoxyde et/ou du dioxyde de carbone. Là encore il s'agit de nouveaux catalyseurs très spécifiques pour inclure ces oxydes de carbone dans des fonctions epoxyde pour obtenir par exemple de l'anhydride succinique, un produit en fort développement, à partir de matières végétales sans valeur, ou de dérivés de déchets végétaux. L'utilisation du dioxyde de carbone (CO2) comme matière première est un sujet très étudié partout dans le monde. C'est une matière première à la mode, avec l'argument de sa non émission dans l'atmosphère, même si cette réduction est quasiment sans impact sur le réchauffement climatique vu son ordre de grandeur. Ces travaux sont en cours d'industrialisation avec Novomer Inc une start-up qui a signé un accord avec DSM pour la production d'un nouveau type de polycarbonate comme revêtement de feuille métallique (coil coating) pour les boites de boissons ce qui évitera la question du BPA (perturbateur endocrinien, mis en cause notamment dans les biberons).

Voir: http://www.technoscope.fr/article.php?IDArticle=2129

Patrick Barbieri
PB VEILLE CONSULTING
L'information au service de l'entreprise

http://www.pb-veille-consulting.com