Sommaire exécutif :
Les sociétés d’aujourd’hui sont très dépendantes du pétrole et le passage à des ingrédients plus renouvelables et durables constitue un grand défi. Les bioraffineries sont au cœur de la réalisation de ce changement en utilisant la biomasse, qui n’entre pas en concurrence avec les aliments comme matière première, et de la création d’un portefeuille de produits compétitifs. Des méthodes telles que l’explosion de vapeur permettent à l’industrie d’extraire et de séparer la biomasse en matières premières précieuses sans utiliser de catalyseurs, offrant ainsi un exemple concret d’émissions nulles et de déchets convertis en valeur à faible coût. La recherche a montré que des substances comme la plante de tabac offrent bien plus qu’un revenu provenant d’une habitude de fumer mortelle. Nous découvrons de plus en plus de potentiel dans les produits agricoles et forestiers pour créer des produits biochimiques, des aliments pour animaux et des enzymes utiles. Alors que nous commençons à nous orienter vers un nouveau type de durabilité connu sous le nom d' »économie bleue », nous ne devons pas oublier de réaffecter les usines désaffectées et les terrains contaminés qui sont des actifs échoués afin de stimuler une économie locale et compétitive et d’avoir un impact positif sur l’environnement.
Mots clés : bioraffineries, pétrole, ingrédients renouvelables et durables, déchets agricoles, produits pétrochimiques, explosion de vapeur, déchets, produits biochimiques, alimentation animale, développement économique local, actifs inexploités, création d’emplois.
Des débuts modestes : Dr. Aurelio Peccei
En 1986, le président de l’ENEA (l’institut italien de recherche sur les énergies alternatives) et vice-président du Club de Rome, le Dr Umberto Colombo, a accepté d’écrire la préface de mon livre « Aurelio Peccei : le croisé du futur, un portrait du fondateur du Club de Rome ». Depuis ce moment, il m’a offert un solide soutien pour mon travail. Aurelio Peccei était un dirigeant remarquable qui avait dirigé de grandes entreprises industrielles telles que FIAT et Olivetti, et avec lequel j’ai eu le privilège de travailler pendant quatre ans (1980-1984). J’ai fait la connaissance du Dr Peccei alors que je venais d’être élu leader étudiant en Belgique (AIESEC). Il m’a toujours encouragé à rester indépendant et à ne jamais accepter un emploi dans une multinationale ou un grand cabinet de conseil. Il affirmait que le monde a besoin de personnes ayant un esprit créatif, un appétit pour les risques calculés et la clarté sur la voie à suivre malgré l’opposition des experts. C’est le rôle qu’il m’a encouragé à jouer dans la société. Après la mort d’Aurelio Peccei en 1984, les dirigeants du Club de Rome n’ont pas apprécié ma présence à leurs réunions, contrairement au Dr Peccei qui m’a non seulement encouragé à venir les rejoindre, mais m’a également mis sur la sellette pour partager mon opinion. J’avais rejoint les sphères du Club en même temps que le Dr Juan Rada, directeur de l’International Management Institute (IMI) à Genève et plus tard vice-président senior d’Oracle Corporation. Bien que nous ayons été marginalisés dans un groupe de réflexion qui se proposait d’étudier les effets à long terme des évolutions sociales et économiques à l’échelle mondiale, nous avons bénéficié d’un processus de réflexion de haut niveau dispensé par un groupe dévoué de penseurs de première ligne, désireux de voir apparaître une nouvelle génération de perturbateurs du statu quo. Umberto Colombo, Hugo Thiemann (directeur du Battelle Memorial Institute), Bohdan Hawrylyshyn1 (directeur du Centre d’études industrielles CEI à Genève), Maurice Guernier2 (inspecteur des finances du gouvernement français), Orio Giarini (directeur de l’institut de recherche sur les assurances basé en Suisse) et Carl-Göran Hedén (directeur du Karolinska Institute à Stockholm) ont été heureux de devenir des mentors occasionnels après le décès du Dr Peccei.
La création de bioraffineries a été l’un des principaux sujets qui ont mobilisé ce groupe restreint de penseurs avant-gardistes. Les arguments avancés associaient la difficulté de passer d’une société fortement dépendante du pétrole à une société reposant sur des ingrédients renouvelables et durables. La dure réalité est que le pétrole est craqué puis synthétisé en milliers de molécules fabriquées par l’homme, alors que les produits agricoles et forestiers sont plantés en monoculture pour un seul produit et que tout le reste est gaspillé. Ces experts n’ont pas tenu compte de la logique dominante selon laquelle il est nécessaire de reconstituer le sol avec les déchets agricoles, car les plantes ne fournissent pas la nutrition la plus efficace au sol ; les résidus doivent être traités par des animaux, des champignons et des bactéries, et leurs déchets constituent un nutriment idéal pour le sol. Ce sont les déchets des déchets qui sont devenus une logique centrale dans la cascade de matière, de nutrition et d’énergie qui caractérise les principes de « zéro émission ». Le débat animé et les propositions centrales ont permis de se concentrer sur la transformation de toute matière première de biomasse renouvelable selon la même logique que les raffineries pétrochimiques pour obtenir des dizaines de produits chimiques fonctionnels, de denrées alimentaires et d’aliments pour animaux. Le Dr Colombo a entrepris un vaste programme de recherche à l’ENEA en investissant au fil des ans plus de 100 millions d’euros, et Maurice Guernier l’a positionné comme une révolution qui assurerait le développement de l’Afrique en influençant les chefs d’État africains. Le professeur Hedén, qui a travaillé sur le sujet de manière concrète, a tissé des liens dans le monde entier. Il m’a encouragé à poursuivre ce modèle pionnier de développement économique dès que j’ai pris le rôle de conseiller principal du recteur de l’UNU en 1994.
L’industrie du tabac : Plus qu’une cigarette
Le professeur Hedén est un médecin qui a développé un grand intérêt pour la biologie et a dirigé ce département pendant des années à l’Institut Karolinska, qui est le célèbre institut de recherche médicale et hôpital de Stockholm, en Suède. Lorsque l’industrie du tabac a fait l’objet d’une surveillance accrue dans les années 1970 de la part du grand public et des décideurs politiques scandinaves en particulier, la société nationale suédoise de tabac a décidé de se lancer dans un programme de recherche visant à étudier le contenu de la plante de tabac. Elle a conçu une installation complète qui permettrait de séparer la biomasse et d’extraire quelque 2000 molécules distinctes de la plante. Les recherches documentaires ont démontré que la plante de tabac contient une multitude de composants, en plus de la nicotine, qui représentent une valeur bien plus importante que le revenu qui pourrait être généré par la production d’une cigarette. Ces recherches, suivies en détail par le professeur Hedén, ont donné lieu à un débat entre ingénieurs sur la manière de concevoir la raffinerie de tabac et sur les ingrédients à dériver en premier.
Le programme de recherche s’est étendu sur plusieurs années jusqu’à ce que la pression du gouvernement suédois atteigne un nouveau sommet dans les années 1980 et que les dépenses pour la recherche sur le tabac soient encore réduites. La société suédoise de tabac a senti qu’elle était sur le point de faire une redécouverte fondamentale, ce qui l’a incitée à accélérer la recherche d’un nouveau moyen de subsistance pour son entreprise en se diversifiant dans le potentiel de la plante au lieu de vendre la toxicité du tabac. Le déménagement en Caroline du Nord (États-Unis) a apporté une grande ouverture et une grande souplesse au niveau des coûts et a permis aux chercheurs du secteur du tabac de découvrir un ensemble de technologies de traitement qui n’avaient pas été explorées en Suède. Au centre de la technique de séparation et d’isolation se trouvait le processus connu sous le nom d’explosion de vapeur. J’ai appris l’existence de l’explosion de vapeur au début de 1994, alors que je venais de commencer les activités de ZERI au Japon, et j’ai été stupéfait de constater qu’en tant que militant actif contre le tabagisme, je devais reconnaître que quelques personnes du monde de la cigarette concevaient des processus industriels très durables dont nous pouvions apprendre beaucoup. La logique de l’établissement du centre de recherche en Caroline du Nord (États-Unis) a été inspirée par le fait que 80 % des résidus de culture dans cet État sont situés dans la zone côtière, ce qui rend le transport bon marché et facile. Le volume total de cannes de maïs et de paille de blé pourrait être utilisé pour produire 200 millions de litres d’éthanol par an. Si l’on considère que l’on limite la livraison à seulement quarante kilomètres autour de l’usine de production, la région côtière de la Caroline du Nord pourrait alors établir quatre usines d’éthanol grâce à la disponibilité de la biomasse dans la région. Cette base de modèle de production décentralisée a déterminé la taille des opérations et le bilan énergétique de la production.
L’effet d’explosion de la vapeur
L’explosion à la vapeur est une technique de séparation et d’extraction de la matière végétale qui ne nécessite pratiquement aucun produit chimique ni catalyseur. Elle fonctionne avec de la vapeur saturée (180 à 230 °C) sous haute pression (15 à 30 kg/cm2) exposant la biomasse déchiquetée. Ces conditions physiques brisent les liaisons chimiques entre la lignine, la cellulose et l’hémicellulose, qui sont les trois principaux composants d’une plante. Lorsque cette biomasse est forcée à travers une buse étroite, la matière perd sa structure physique, ce qui la rend plus soluble dans l’eau. C’est l’une des premières innovations industrielles qui a permis de préciser que la physique devait précéder la chimie. L’explosion de vapeur a le potentiel de remplacer la mise en pâte chimique et la liqueur noire (déchets) tout en générant un riche portefeuille de nouveaux revenus. Les produits obtenus comprennent la lignine qui peut être utilisée pour produire des fibres de carbone, de la vanilline et de l’asphalte. L’hémicellulose est un polymère composé de sucres à cinq ou six carbones qui permet de produire des édulcorants naturels comme le xylitol ou des solvants naturels. La cellulose est un polymère de glucose utilisé pour fabriquer du papier et du textile ou pour fabriquer de l’alcool. Alors que j’étais à la recherche d’exemples concrets de zéro émission et de zéro déchet à présenter à la réunion où le protocole de Kyoto serait décidé en 1997, cette raffinerie pilote de biomasse financée par les compagnies de tabac à raison de 7 millions de dollars US offre une belle démonstration que ce procédé est non seulement techniquement viable, mais aussi financièrement sain. La pression exercée sur les fabricants de tabac s’est encore accrue et l’arrêt des recherches imposé par le gouvernement dans les années 1990 a entraîné la fin de ce programme de recherche. Heureusement, le professeur Hedén réussit à maintenir le contact avec la défunte équipe de recherche par l’intermédiaire de la Fondation Biofocus et obtint l’engagement que cette installation pourrait être utilisée à des fins de recherche non liées au tabac. La Fondation Biofocus, dirigée par Tommy Jonsson, a réuni un groupe de penseurs pionniers tels que Walter Truett Anderson, le président de l’Académie mondiale des arts et des sciences, Gunnel Dalhammar de l’Université technique royale de Stockholm (KTH) et Sam Nilsson de la Fondation Nobel. Cet effort a été soutenu par le MIRCEN (Microbiology Resource Center of UNESCO), qui a ensuite été dirigé par Jacky Foo, qui faisait partie de l’équipe dès les premiers jours à l’UNU de Tokyo. Une équipe d’experts européens a visité les opérations aux Etats-Unis en 1995. J’ai rejoint le groupe accompagné de David Crockett, le conseiller municipal de Chattanooga (Tennessee) qui souhaitait faire venir cette installation dans sa ville dans le cadre de ses efforts pour réindustrialiser la région. Chattanooga avait pour objectif de devenir la première ville durable d’Amérique et, sur la base d’une douzaine de visites entre 1993 et 1995, j’ai contribué à la conception d’un nouveau concept de modèle de développement industriel incluant le transport par bus électrique, qui était le premier de ce type aux États-Unis et qui fait toujours figure de pionnier. Le deuxième congrès mondial de l’UNU sur les émissions zéro s’est tenu en 1996 à Chattanooga en présence du secrétaire américain à l’énergie Hazel R. O’Leary, et le discours d’ouverture a été prononcé par Edgar Woolard, PDG de DuPont, Craven Crowell, président de la Tennessee Valley Authority, et quelques politiciens émergents qui sont encore des sénateurs très influents comme les sénateurs américains Bill Frist et Fred Thompson. L’un des principaux sujets de la conférence était les « technologies de séparation des matières » en tant que base des bioraffineries. Le sujet n’était pas la durabilité, le congrès mondial a mis en lumière les innovations qui pourraient orienter les entreprises vers la compétitivité et la durabilité.
Le processus Tigney et la technologie des pieux
J’ai été impressionné par la conception simple de l’usine de Caroline du Nord et par la facilité avec laquelle cet équipement pouvait séparer la matière végétale en fractions. C’était un bon exemple d’émissions nulles et de mise en cascade des nutriments, de l’énergie et de la matière à faible coût tout en générant une valeur supérieure. Toutefois, la désintégration de l’équipe de recherche initiale en raison des restrictions imposées au tabac a incité le professeur Hedén à parcourir le monde à la recherche d’initiatives comparables dans le monde. Le principal débat scientifique était de savoir si la bioraffinerie pouvait être un processus discontinu ou continu. Un groupe d’ingénieurs s’est prononcé en faveur du procédé discontinu, car il permettait de mieux contrôler la température, la pression et la récupération d’énergie. Ce groupe, connu sous le nom de « processus Tigney », a été inventé par Edward DeLong. Cette technologie a été adoptée par les scientifiques suédois qui ont payé environ un million de dollars pour accéder aux brevets. Le deuxième procédé, connu sous le nom de Stake Technology, était une méthode de séparation et d’extraction continue.
Les scientifiques nord-américains (canadiens et américains) étaient désireux de développer un portefeuille de procédés qui donneraient une valeur au bois au-delà de son incinération ou de son utilisation pour l’éthanol uniquement. La logique de base avait été établie : séparer la lignine de la cellulose et de l’hémicellulose afin que la biomasse soit prête pour l’hydrolyse et que les résidus, y compris les sucres pentoses, puissent être utilisés à d’autres fins que la simple fermentation de l’éthanol. Une demi-douzaine d’entreprises technologiques ont vu le jour en Amérique du Nord et ont saisi l’occasion de générer des produits chimiques et du carburant. Il s’agit notamment d’entreprises telles que Iogen (Ottowa www.iogen.ca), qui utilise l’explosion de vapeur pour traiter la paille avec des enzymes exclusives ; Bionol Corp, rebaptisée ultérieurement BC International (Dedham Massachusetts www.bcintlcorp.com), qui transforme la canne de maïs, la bagasse et les copeaux de bois en produits biochimiques, mais se concentre sur l’éthanol ; Arkenol (Sacramento, Californie), qui travaille sur l’hydrolyse concentrée ; Paszner ACOS (Vancouver, Canada) ; ainsi que Stake Technology et Tigney, déjà mentionnées. Stake Technology est le seul groupe à avoir compris, dès les années 1990, que la clé ne réside pas uniquement dans la création d’une bioraffinerie et dans l’extraction de multiples revenus de la biomasse. Les entrepreneurs qui ont investi des années dans cette technologie ont cherché des moyens de générer plus de valeur en se rapprochant du consommateur, ce qui a conduit à la fusion de Stake Technology Ltd. avec Pro Organics, qui fournit la gamme la plus complète de produits biologiques certifiés, d’aliments en vrac biologiques et de produits naturels. À l’origine, la fusion a été rejetée car elle ne s’inscrivait pas dans la logique de l’activité et des compétences de base préconisée par les stratèges commerciaux traditionnels. Cependant, Jeremy Kendall, alors président-directeur général de SunOpta (le nom de la nouvelle société fusionnée), a vu dès 2003 (www.sunopta.com) l’occasion de proposer des modèles d’entreprise intégrés, en associant un ensemble de processus de production innovants à des produits de consommation sains et compétitifs. Depuis, Steven Bromley dirige l’entreprise, qui est cotée au NASDAQ et dont le chiffre d’affaires mondial total dépasse 1,2 milliard de dollars en 2013.
Dr. Janis Gravitis : Scientifique Extraordinaire
Lorsque le professeur Hedén s’est rendu dans les États baltes, la Lettonie, la Lituanie et l’Estonie, qui avaient acquis leur indépendance au début des années 1990 avec l’éclatement de l’Union soviétique, il s’est rendu compte que nombre de leurs instituts de recherche, qui avaient été privés de leur financement par Moscou, luttaient désormais pour survivre, alors même que leur base scientifique était exceptionnellement solide. Il a fait la connaissance du Prof. Dr. Chem, Dr. Habil Janis Gravitis, chef du laboratoire de conversion éco-efficace de la biomasse à l’Institut d’État letton de chimie du bois (LSIWC). Le Dr Gravitis a obtenu son doctorat à l’Académie des sciences de l’URSS et a travaillé sur des recherches stratégiques principalement destinées à des applications militaires. Sous l’ère soviétique, son équipe de recherche n’était pas connue et toute correspondance devait être adressée à l’usine 127 à Moscou. Cet institut de recherche a joué un rôle déterminant dans la conception du programme spatial soviétique. Les vaisseaux spatiaux soviétiques et russes rentrent dans l’atmosphère et atterrissent au lieu de plonger dans la mer, grâce à un bouclier thermique exceptionnel qui, à un moment donné, était dérivé du bois.
Lorsque le professeur Hedén a découvert que le LSIWC concevait et exploitait sa propre version de l’explosion à vapeur, il m’a incité à établir un contact direct. La rencontre avec le Dr Gravitis en 1995 à Riga (Lettonie) a été vraiment instructive. Ce scientifique sans prétention, entouré d’un groupe d’universitaires très intelligents, maîtrisait non seulement la chimie du bois, mais créait et construisait également ses propres équipements. J’avais rarement ressenti autant de sagesse dans une pièce. Si leur langage était souvent trop technique pour un économiste titulaire d’un MBA, l’équipe composée de Valery Ozols-Kalnins, Bruno Andersons, Janis Zandersons et Arnis Kokorevics, prenait le temps d’expliquer et de clarifier leurs idées complexes. Une seule réunion a suffi à me convaincre que cette équipe possédait le savoir-faire nécessaire pour créer une raffinerie de biomasse du 21e siècle qui deviendrait la pierre angulaire de l’initiative de recherche sur les émissions zéro (ZERI), laquelle devait offrir un regard neuf sur la compétitivité des entreprises après la conclusion d’un accord connu sous le nom de protocole de Kyoto. Après avoir consulté Tarcisio Della Senta, vice-recteur de l’Université des Nations unies, et obtenu le soutien du Dr Motoyuki Suzuki, directeur de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo et l’un des principaux scientifiques du programme de recherche sur les émissions zéro du gouvernement japonais, j’ai pris une décision audacieuse en invitant le Dr Gravitis à vivre et à travailler avec sa famille à Tokyo ; il a accepté l’offre.
La vision du Dr Colombo : Biocarburants et produits biochimiques
En 1995, le Dr Umberto Colombo a pris connaissance de ces progrès et s’est intéressé de plus près au développement de cette explosion à vapeur. Nous avons eu des conversations régulières sur la voie à suivre. Il était convaincu que les installations pétrochimiques allaient bientôt devenir des éléphants blancs et que pour aller de l’avant, il faudrait savoir comment convertir ces investissements en unités productives en remplaçant la matière première du pétrole par une biomasse. Il m’a présenté le Dr. Catia Bastioli qui a dirigé la conversion du laboratoire de recherche sur les bioplastiques de Montedison en une société indépendante appelée Novamont. Umberto Colombo était très proche de la pensée stratégique de Raul Gardini – le flamboyant entrepreneur italien qui était convaincu que l’avenir résidait dans le regroupement d’activités stratégiques plutôt que dans la concentration aveugle sur une activité principale avec une compétence de base. La vision de Gardini était de regrouper d’abord les produits chimiques et l’énergie, puis de fusionner la production alimentaire (en particulier le sucre) dans ce super cluster pour créer un conglomérat basé sur les biocarburants et les produits biochimiques, renforçant l’agriculture par la création de plus de produits et de plus de valeur. Il s’agissait d’une version précoce de l’économie bleue. La logique de Gardini a été développée dans la perspective de la compétitivité à long terme d’une région, et coïncidait avec la logique que les membres du Club de Rome avaient développée théoriquement au début des années 70. Après que Raul Gardini ait perdu le contrôle de son conglomérat émergent, la nouvelle direction a rapidement annulé ses progrès et il a fallu le courage du Dr Catia Bastioli pour garantir que le composant bioplastique, avec des polymères dérivés de la biomasse gaspillée, ait un avenir.
Bioplastiques issus de sources renouvelables
Le monde des bioplastiques n’était pas nouveau pour moi. En tant que président d’Ecover, j’avais discuté des possibilités de collaboration avec ICI Chemicals en 1991 et 1992. Le groupe britannique, sous la direction de John Harvey-Jones, avait développé un plastique bactérien sous la marque Biopol, mais il avait du mal à pénétrer le marché. Il était remarquable que ce groupe chimique traditionnel, dirigé par un président qui n’était pas chimiste, ait posé l’une des bases européennes des bioplastiques. Même si ces récipients Biopol étaient plus chers que les récipients pétrochimiques traditionnels, je tenais absolument à les utiliser pour mes détergents biodégradables. Malheureusement, ces plastiques n’étaient pas assez stables pour nos savons liquides et ne répondaient pas aux normes de qualité, ce qui m’a incité à poursuivre mes recherches. J’étais loin de me douter que dès que j’aurais cédé le contrôle du groupe détergent, ce projet serait mis au rebut. Néanmoins, le débat brûlant sur les bioplastiques fabriqués à partir d’aliments avait déjà commencé en 1992, et l’opportunité de trouver des emballages dérivés de bactéries qui s’étaient engraissées au sucre semblait une excellente alternative.
Bioraffineries : Générer des revenus et des produits compétitifs
J’ai finalement rencontré le Dr. Catia Bastioli pour une plus longue série de réunions en 1999 lors du congrès international sponsorisé par ENI sur le thème « Towards Zero Emissions : The Challenge for Hydrocarbons », où elle a présenté sa vision de Novamont. Le Dr. Gravitis a également participé à une communication au titre provocateur, « A Way to Produce Value Added Products and Base for Agricultural Zero Emissions ». La contribution japonaise de Hiroyuki Fujimura, président de l’EBARA, a ouvert la voie à un cadre remarquable où la huitième plus grande compagnie pétrolière (ENI) et le plus grand groupe pétrochimique (Versalis) d’Italie ont lancé un débat sous l’égide d’Umberto Colombo, leur président actuel, afin de créer un nouveau paradigme pour l’énergie et la chimie. L’accent a été mis sur la manière d’évoluer vers un monde de la chimie où les bioraffineries fournissent des revenus supplémentaires aux agriculteurs tout en générant des produits qui rivalisent en performance et en prix avec les produits pétrochimiques traditionnels. Si la réunion elle-même est restée un événement unique qui n’a jamais été répété à cette échelle sous les auspices d’un grand groupe pétrolier, elle a catalysé un intérêt plus large pour le sujet parmi les universitaires, les décideurs et les entreprises.
Au fil des ans, le Dr Gravitis a créé un noyau solide à Tokyo, avec le soutien de Masako Unoura qui, pendant des années, a été mon assistante personnelle au Japon. C’est Mitsubishi Heavy Industries qui a pris l’initiative, sous la direction de l’équipe que j’avais constituée à l’Institut d’études avancées de l’UNU. Une multitude de sujets ont été étudiés et regroupés dans des articles dont le dénominateur commun était les bioraffineries3. La transformation des produits agricoles est apparue comme une source de revenus multiples, ce qui est une caractéristique essentielle des émissions zéro et de l’économie bleue. Les sujets abordés vont de la séparation des produits forestiers non ligneux à la gestion environnementale des plantations sous les tropiques (notamment le palmier) en passant par la génération de revenus supplémentaires, la production de polymères réticulés à partir de la biomasse, la production de glucose et de polysaccharides hydrosolubles à partir de la cellulose et l’utilisation de la bagasse de canne à sucre comme source de bois pour le charbon de bois. Les recherches ont abouti à de nouvelles techniques de traitement de la biomasse pour la production de produits chimiques, de biocarburants et de matériaux composites. L’un des premiers produits commerciaux a été la production d’un panneau de particules et de fibres auto-adhésives.
Ce nouveau type de panneau de fibres a été utilisé comme toit du pavillon ZERI lors de l’exposition universelle de 2000 à Hanovre. Il a été fourni par Taiheiyo Cement grâce au leadership de Masatsugu Taniguchi, premier vice-président et membre du conseil d’administration, et de son collègue, Noriaki Hayama, responsable des innovations. Taiheiyo Cement tenait à développer un conseil d’administration qui serait neutre en carbone. Après l’interdiction mondiale de l’amiante, la recherche de fibres écologiques était ouverte jusqu’à ce que le travail que nous avions lancé dans le domaine des bioraffineries et du bambou fasse mouche auprès de l’équipe de recherche japonaise qui est allée planter 2000 hectares de bambou en Indonésie. Ce bambou vert a été récolté et broyé en continu, coupé en petites fibres d’une longueur maximale de 2,5 millimètres, ce qui a provoqué une auto-hydrolyse, puis pressé en panneaux contenant 50 % de ciment et 50 % de bambou (75 % du poids est constitué de ciment et seulement 25 % de bambou). Taiheiyo a connu un grand succès avec l’introduction de ce panneau dans le secteur de la construction. Sa forme brute a une teinte vert pastel distinguée, elle est neutre en carbone et elle absorbe le bruit – une caractéristique très appréciée par les gares de trains à grande vitesse (Shinkansen) au Japon qui ont toutes adopté ce panneau comme nouvelle norme. Le succès de cette initiative, fondée sur une meilleure compréhension de l’auto-hydrolyse du bambou (et d’autres bois), a conduit le PDG de Taiheiyo Cement à faire don du toit du pavillon ZERI à l’Expo en signe de reconnaissance pour notre contribution à cette nouvelle activité. La traduction rapide de la recherche relative au concept de bioraffinerie et l’arrivée de quelques produits commerciaux ont permis de renforcer le programme grâce à la diversité de l’intérêt académique. Alors que l’UNU et l’Institute of Industrial Science ont donné le coup d’envoi de l’effort international grâce à la Lettonie et à la Suède, le programme a attiré l’attention du Conseil scientifique du Japon, alors présidé par le professeur Jiro Kondo, de l’American Chemical Society, de la Japanese Wood Research Society, de l’International Lignin Institute et de l’International Research Centre for Sustainable Materials. En 2004, le statut de la recherche avait mûri au point que l’Union européenne a confirmé son intérêt stratégique pour le sujet et a lancé des programmes de financement. Même si la recherche peut clairement être considérée comme un succès, j’ai eu beaucoup de mal et j’ai commencé à perdre patience avec le fait qu’en raison d’une bureaucratie excessive et de difficultés de financement, l’installation de Caroline du Nord n’a jamais été remise en route, et que les quelques machines de 500 000 dollars produites par Mitsubishi Heavy Industry ne confirmaient guère l’avènement de l’échelle industrielle que nous recherchions. En 2005, j’avais conclu que j’essayais d’être la vague et que le temps était venu de prendre du recul et d’essayer d’être le surfeur.
Les forêts et la mobilité
Lors d’un dialogue intellectuel et stratégique entre Peter Senge (auteur du livre « The Fifth Dimension ») et moi-même, organisé par le directeur de SOL (System Organization Learning) Göran Carstedt, j’ai eu l’occasion de rencontrer les entrepreneurs à l’origine de la première bioraffinerie de chimie du bois que j’ai pu voir fonctionner. Créée à Önsköldsvik (nord de la Suède), elle considérait le bois comme une source multiple de produits biochimiques et de carburants, notamment d’éthanol. Per Carstedt, le frère de Göran, propriétaire d’une concession automobile Ford, avait pris la décision brutale d’acheter 1000 voitures Ford à l’éthanol aux États-Unis et de les vendre dans la région d’Umeå, dans le nord de la Suède, créant ainsi une demande pour un biocarburant. Cette décision allait déclencher la demande et conduire à la conversion de la fabrication de pâte à papier en une première étape de la bioraffinerie, la fabrication de pâte à papier et la production d’éthanol. Sa stratégie a fonctionné et l’usine était opérationnelle avec une garantie d’achat local d’éthanol par 1000 véhicules. Le flux de trésorerie intégré de la vente des voitures et ensuite du carburant a créé des conditions qui démontrent la viabilité du renforcement des économies locales. Le constructeur automobile SAAB a rapidement compris qu’il existait une demande pour un carburant plus écologique et a lancé la première voiture 100 % éthanol. SKANDIA, le constructeur de camions, a suivi en concevant et en assemblant des camions fonctionnant à l’éthanol. Il ne faut jamais sous-estimer le pouvoir d’une initiative prise par un simple citoyen à la périphérie du monde (le nord de la Suède n’est pas le centre des énergies renouvelables).
Cette transformation du marché motivée par la demande a incité les entrepreneurs locaux à prendre l’initiative et à créer la première bioraffinerie. Elle a été mise en œuvre par SEKAB AB dans son usine de Domsjö. Elle produisait de la cellulose traditionnelle pour les produits papetiers et a ensuite choisi de générer de la lignine et de l’éthanol comme sources de revenus supplémentaires. La capacité de lignine sèche de SEKAB a augmenté en 2012 pour atteindre 120 000 tonnes. Cela représente un changement majeur par rapport à la trituration chimique séculaire qui considère la lignine comme un déchet, et au mieux de l’utiliser comme un combustible (dans le cadre de la liqueur noire). Les sous-produits fabriqués à partir de ces dérivés biochimiques comprennent le liquide lave-glace, le vinaigre, les peintures à l’eau, les ingrédients pharmaceutiques, les parfums, les produits de nettoyage, les vernis et les encres. Le carburant est un éthanol adapté aux moteurs diesel qui contient 95 % d’éthanol pur. Le réseau de recherche s’est renforcé pour inclure l’Institut de recherche technique Science Partners, dirigé par la PDG Maria Khorsand, et la Processum Biorefinery Initiative AB, avec Peter Blomqvist comme président, Clas Engström et John Rune comme actionnaires, qui développe d’autres produits et processus pour 21 entreprises situées sur la côte baltique du nord de la Suède, avec 1300 chercheurs et experts. Ce centre est en train de se transformer en une centrale de savoir-faire que l’on ne trouve nulle part ailleurs. Les universités de Chalmers et de Lund ont rejoint la vague et ont institutionnalisé la recherche.
Photo-Bioraffinerie : exploiter la puissance du soleil
De l’autre côté de l’océan Atlantique, les choses ont discrètement progressé avec le concept de photobioraffinerie, une raffinerie alimentée par le soleil. C’est l’idée du Prof.
Lucio Brusch, fondateur de la Fondation ZERI Brasil, et de son ami et collègue, le professeur Jorge Alberto Vieira Costa, de l’école de chimie et de nutrition de l’université de Rio Grande, située dans la ville de Rio Grande. Leur vision de la bioraffinerie photo est partie d’un effort pour convertir une rizière en une unité de production de riz, de poisson et de spiruline. L’objectif était de produire plus avec les installations existantes plutôt que d’extraire plus des matières premières existantes. Comme nous l’avons appris dans ce cas, le principe consistant à « faire plus avec ce que l’on a » peut être appliqué dans différents contextes. Le sud du Brésil, souvent décrit comme la région riche du pays, comporte des poches de pauvreté. La suppression des subventions pour les engrais imposée par la Banque mondiale et le FMI a entraîné, au début des années 1990, une crise majeure chez les riziculteurs. Si nous avons introduit la culture de champignons sur paille de riz, nous avons ensuite cherché à créer davantage de revenus avec les micro-algues. Il était évident que cette partie du monde, qui possède la plus riche biodiversité de micro-algues, pouvait et devait transformer les rizières en bioréacteurs.
La production de micro-algues a été un succès retentissant. Le doublement de la biomasse toutes les 24 heures a encouragé les chercheurs, qui avaient été exposés à la logique de la bioraffinerie lors des visites de Janis Gravitis et Carl-Göran Hedén au Brésil, à l’appliquer aux micro-algues. À l’époque, la quasi-totalité de la recherche sur les micro-algues était axée sur la production de biocarburants. Les lipides et les huiles n’étant qu’un composant mineur, l’équipe de recherche a entrepris d’identifier toutes les autres productions possibles des algues. Le CNPq (Conseil national de recherche pour le développement scientifique et technologique du Brésil) a accepté de financer la recherche et les résultats ont été remarquables. Si l’on produit des micro-algues dans le seul but de produire des carburants, elles ne sont pas compétitives. Si l’on se concentre sur la production de nutriments et de produits biochimiques pour les polymères, les huiles et les lipides, la photobioraffinerie sera très rentable. La centrale thermoélectrique Seival, située à l’extérieur de Porto Alegre (Brésil), s’est avérée être le partenaire idéal pour ce programme. Elle exploite l’une des rares centrales électriques à émission de carbone du Brésil et les connaissances acquises en cultivant la spiruline dans des lits de riz ont été appliquées à l’échelle industrielle. Le concept de photobioraffinerie au Brésil s’est transformé en un important réservoir de savoir-faire, considéré comme l’un des cinq plus importants au monde avec près de 50 diplômés au niveau du master et du doctorat.
L’Italie prend la tête des bioraffineries
La dernière percée dans la conception et la mise en œuvre de bioraffineries a été réalisée en Italie. Les bases ont été jetées par Raul Gardini il y a trente ans, avec une vision industrielle stratégique, l’engagement du professeur Umberto Colombo, qui, après son travail de pionnier à l’ENEA, est devenu ministre des sciences et de l’enseignement supérieur, et la volonté de mise en œuvre de Catia Bastioli. Ce qui n’était au départ qu’un laboratoire de recherche produisant des bioplastiques sous la marque « Mater-Bi » est devenu, vingt ans plus tard, une entreprise pionnière qui favorise le développement économique local, en transformant des sous-produits de l’agriculture, en extrayant des polymères, des élastomères, des herbicides et des lubrifiants, et en formant les éléments constitutifs de dizaines de produits à base d’acides azélaïques, d’acides pélargoniques et d’esters. Il en résulte un nouveau portefeuille d’éléments de base pour de nouvelles générations de produits (bio)chimiques. Les déchets peuvent être transformés en aliments pour animaux et les enzymes naturelles des fleurs de chardon sont essentielles à la production de fromage.
Réutilisation des usines désaffectées
Si le concept de bioraffinerie entre dans l’ère moderne en s’appuyant sur la vision d’un système durable de production et de consommation, il est essentiel de souligner que la capacité à mettre en œuvre la transformation de la biomasse en revenus multiples ne constitue qu’une partie de la percée. La deuxième avancée réalisée par Novamont est la réutilisation des investissements existants dans l’infrastructure pétrochimique. La grande contribution de Catia Bastioli et de son équipe ne réside pas seulement dans la conception de la biochimie et des innovations en matière de processus, mais aussi dans la recherche d’une nouvelle utilisation des installations existantes, que le jargon industriel qualifie de « capital échoué ». L’infrastructure et la culture de la santé et de la sécurité, connue sous le nom de « soins responsables », d’une usine pétrochimique représentent un investissement en capital considérable qui ne devrait pas être amorti à cause des surinvestissements au Moyen-Orient et en Chine causés par la surcapacité. En outre, le coût de l’assainissement dû aux conséquences involontaires de l’utilisation par inadvertance de catalyseurs ou de matériaux de construction (comme l’amiante) pèse lourd sur le compte de résultat. Dès qu’une usine chimique ou toute autre unité de production construite il y a trois ou quatre décennies doit être fermée, les propriétaires devront constituer une provision pour les coûts de fermeture et d’assainissement. La facture pourrait facilement se chiffrer en centaines de millions, voire en milliards de dollars. Il faut maintenant se demander ce qui génèrera le plus de revenus et fera croître l’économie : le nettoyage ou le réinvestissement pour donner une nouvelle vie au site afin qu’il devienne une préoccupation commerciale permanente pour quelques décennies supplémentaires avec un modèle commercial innovant. L’approche de l’économie bleue vise à rendre les opérations durables et à s’assurer que nous utilisons ce qui est disponible localement, y compris les investissements en capital perdu et la réorientation des dépenses d’assainissement.
Novamont n’a jamais construit une installation en partant de zéro ; elle a toujours pris une opération existante et l’a convertie en une unité de production avec une nouvelle vie grâce à de nouveaux flux de trésorerie. Le siège et les installations de recherche de Novara sont les anciennes opérations de recherche de Montedison, les installations en faillite d’Ajinomoto à Bottrighe (Italie) ont été converties en unités de fermentation modernes, l’ancienne usine de bouteilles en PET de Mossi & Ghisolfi située à Patrica (Italie) a également été transformée, et la liste est encore longue. La plus grande et la plus profonde conversion d’usine a été mise en œuvre en 2014 lorsque l’équipe de recherche et d’ingénierie de Novamont a réussi à réorienter le premier craqueur pétrochimique d’Italie, situé à Porto Torres, en Sardaigne, pour en faire la plus grande bioraffinerie du monde du nom de Matrica. Il s’agit d’une joint-venture 50/50 entre ENI/Versalis et Novamont. Cette usine de production a établi une nouvelle référence en transformant 2,5 millions de tonnes de pétrole brut en 700 000 tonnes de produits chimiques avec une installation qui traite une mauvaise herbe.
Le succès de toute bioraffinerie repose sur la disponibilité d’une matière première renouvelable. On estime que 70 000 hectares de terres agricoles sardes ont été retirés de la production au fil des ans, lorsque l’Union européenne a tenté de réduire l’offre de produits coûteux qu’elle s’était engagée à acheter à un prix fixe. La logique était qu’il était moins cher de payer l’agriculteur pour qu’il ne cultive pas que de devoir acheter les produits. Cependant, les mauvaises herbes envahissent et dominent lorsque la terre n’est pas labourée et plantée pendant des années. La mauvaise herbe la plus répandue en Sardaigne, et dans le reste de la Méditerranée, est connue sous le nom de « chardons » ou « cardons » (Silybum marianum). Si l’opportunité d’utiliser le plan de la capitale pour la biochimie était claire, c’est la connaissance de la chimie du cardon qui a fourni une nouvelle logique pour cette dernière bioraffinerie.
Imaginez d’abord une installation pétrochimique désaffectée, puis la chimie du cardon qui fournit quatre produits chimiques (polymères, élastomères, lubrifiants et herbicides) dont les déchets sont utilisés pour l’alimentation animale. Les agriculteurs locaux dépendent des importations de soja du Brésil pour leur alimentation, comme c’est la norme dans le monde entier. Aujourd’hui, les déchets de l’usine, après avoir produit les éléments constitutifs de quatre produits chimiques majeurs, sont valorisés comme aliments pour animaux. À la surprise générale, la population locale s’est demandée si nous avions la « poussière » des fleurs de chardon qui s’est avérée être des enzymes bactériennes nécessaires à la fabrication du fromage de chèvre traditionnel. Lorsque l’on commence à convertir une installation pétrochimique, la production de fromage n’apparaît pas naturellement comme une opportunité de développement économique. En revanche, lorsqu’on applique la logique de l’économie bleue, on s’engage dans un processus qui évolue avec le temps et offre des possibilités que personne n’avait imaginées. C’est ici que la science rencontre les affaires, l’une a la certitude de la loi de la physique et la prévisibilité de la chimie, l’autre a l’appétit de convertir une idée en réalité.
Les capitaux suivent les innovations
Jusqu’à présent, le montant des investissements a été porté par les programmes de la Suède, avec plus de 250 millions d’euros, et de l’Italie, qui dépasse les 500 millions d’euros de mise à disposition de capitaux dans sept installations réparties dans tout le pays et au moins 200 millions d’euros pour la recherche et le développement. La recherche brésilienne a mobilisé environ 15 millions d’euros au fil des ans, presque tous provenant du gouvernement. Mitsubishi Heavy Industries et l’Institut de recherche industrielle ont également engagé plus de 20 millions d’euros pour la fabrication continue d’équipements de laboratoire. Maintenant, si nous incluons les investissements de Tigney et de Stake technologies, nous devons ajouter 120 millions d’euros supplémentaires. Si les dépenses d’investissement supplémentaires sont considérables, elles sont effectuées par des organisations et des sociétés avec lesquelles nous n’avions aucune relation ; nous n’incluons pas non plus les installations de recherche de l’ENEA, qui représentent plus de cent millions d’euros pour les équipements et la recherche fondamentale.
Le facteur de création d’emplois est également essentiel. Les bioraffineries génèrent plus d’emplois qu’une usine de papier et de pâte à papier ordinaire ou qu’une usine pétrochimique standard. Cela contribue à la croissance économique locale. En revanche, les emplois directs restent limités et les groupes d’initiatives ont créé environ 45 000 emplois. Cependant, le nombre d’emplois indirects dépasse les 100 000, principalement grâce à la stimulation supplémentaire de l’agriculture et de la sylviculture. Les chiffres de Porto Torres sont très indicatifs. ENI avait besoin de 2,5 millions de tonnes de pétrole brut pour fabriquer 700 000 produits chimiques, et ses installations de production n’étaient pas compétitives. À son apogée, Matrica ne produira peut-être que la moitié de cette quantité, mais elle sera compétitive au niveau mondial et générera un nombre comparable d’emplois directs, tout en stimulant l’agriculture locale, au lieu de financer les gouvernements de l’autre côté de la Méditerranée.
La Suède, l’Italie, le Brésil et le Canada ne sont pas les économies les plus dominantes du monde, mais leur capacité de recherche est forte et leurs portefeuilles de brevets dans ces domaines se comptent par milliers. Il est clair que la bioraffinerie a parcouru un long chemin depuis que le professeur Hedén a parlé aux membres du parlement suédois des merveilles de la biotechnologie et de la microbiologie. Son message n’était pas une approbation de la modification génétique, mais plutôt un appel à la création d’une plus grande valeur à partir des ressources renouvelables en tant que stratégie pour préserver la compétitivité de la Suède. En réalité, il plaidait en faveur de l’économie bleue bien avant que ce concept n’existe. Il n’est donc pas surprenant que lorsqu’il a été invité par Heitor Gurgulino de Souza, le recteur de l’UNU, à diriger l’équipe chargée d’entreprendre l’étude de faisabilité de l’initiative « zéro émission » de l’UNU, il ait conclu : « L’option « zéro émission » proposée par Gunter Pauli n’est pas seulement techniquement, scientifiquement et économiquement viable, elle est nécessaire si nous voulons atteindre notre objectif de sociétés durables. »
Traduction en Fables de Gunter
Le commerce des champignons m’a inspiré dès le début l’écriture de deux fables : la fable n° 41 « Fuel from the Tree » dédiée à Paolo Lugari. C’est lui qui a inspiré la création de ce pôle dès 1987, avec mes discussions sur les bioraffineries issues de la forêt tropicale régénérée en Colombie. La fable n° 5 « Pourquoi ne m’aiment-ils pas ? » est en partie inspirée par le panneau de fibres de bambou produit par Taiheiyo Cement en Indonésie.
Pour plus d’informations
www.iea-bioenergy.task42-biorefineries.com/upload_mm/5/6/5/77945a06-c177-4f33- bca2-ce95b84383b0_ENEA_pretreatment_labs_01.pdf
link.springer.com/article/10.1385/ABAB:98-100:1-9:89#page-1
www.sp.se/en/press/news/Sidor/20130530.aspx
www.referenceforbusiness.com/history2/90/SunOpta-Inc.html
www.novamont.com/
archive.unu.edu/unupress/unupbooks/80362e/80362E00.htm
http://tal.tv/es/video/los-hongos-de-francenid-perdomo/