Une nouvelle méthode transforme la paille de maïs en sucre et en engrais à moindre coût

Un nouveau procédé de transformation des déchets agricoles en sucres fermentescibles et en engrais pourrait réduire les coûts et accroître la durabilité de la production de bioénergie. Des scientifiques d’universités et de laboratoires aux États-Unis ont testé un prétraitement des tiges de maïs en utilisant une combinaison d’hydroxyde de potassium (KOH) et de sulfite d’ammonium (AS), sans nécessiter de récupération chimique ultérieure.

La méthode a permis d’obtenir des rendements de plus de 95 % dans la production de sucre et a démontré l’efficacité agronomique de la liqueur résiduelle comme engrais riche en potassium, azote et soufre.

La recherche a montré que le traitement avec 40 % de KOH et 15 % d'AS à 80 °C pendant deux heures éliminait près de 79 % de la lignine et plus de 82 % des groupes acétylés de la biomasse. La paille traitée a montré une digestibilité enzymatique élevée, avec un rendement total en sucre de plus de 87,5 % en 120 heures d'hydrolyse. Le procédé élimine également le besoin de traitement des effluents, puisque les eaux usées peuvent être utilisées directement dans le sol.

Le résidu liquide contient des composés organiques et inorganiques, notamment de la lignine sulfonée, qui facilite l'hydrolyse enzymatique en réduisant l'adsorption enzymatique non productive.

La lignine restante, chimiquement modifiée, a un potentiel d’utilisation agricole, agissant comme conditionneur de sol et libérateur lent de nutriments. Des essais en serre avec du maïs ont montré que la liqueur remplace efficacement les engrais commerciaux à base de potassium et de soufre, maintenant ou augmentant la biomasse végétale.

Le coût minimum estimé de la vente du sucre produit était de 0,285 USD par livre, une valeur considérée comme compétitive par rapport aux procédés conventionnels qui nécessitent une récupération chimique. L’analyse économique a pris en compte la réutilisation de la liqueur comme engrais, réduisant ainsi les coûts opérationnels et les impacts environnementaux. La liqueur résiduelle, car elle contient des phénols et des dérivés de lignine, peut également être utilisée dans les industries des polymères, de l'alimentation et de la pharmacie.

L'utilisation combinée de KOH et d'AS crée un environnement alcalin qui favorise la rupture des liaisons entre la lignine et les glucides, en plus de favoriser les réactions de sulfonation à basse température. Contrairement aux traitements acides qui dégradent les hémicelluloses, la méthode préserve le xylane, générant davantage de xylose. La rétention du sucre et l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique rendent le procédé idéal pour les bioraffineries visant la production d'éthanol, d'acides organiques ou de bioplastiques.

La fermentation des sucres obtenus a été validée avec la bactérie Pseudomonas putida génétiquement modifiée. Le rendement en polyhydroxyalcanoate (PHA), un biopolymère d’intérêt industriel, a atteint 0,072 gramme par gramme de glucose consommé — une efficacité équivalente à celle obtenue avec le glucose commercial. Cela indique que les sucres obtenus sont viables comme matière première pour les processus de fermentation à l’échelle industrielle.

Le bilan massique de l'opération avec 100 kg de paille de maïs a montré la production de 50,9 kg de sucres fermentescibles et de 15,8 kg de lignine dans la liqueur résiduelle. Le procédé utilise pleinement les composants de la biomasse, sans générer de déchets toxiques ni nécessiter d’étapes de purification complexes.

Sur la base des résultats obtenus, l’étude propose la mise en œuvre du procédé dans des bioraffineries intégrées, axées sur la production de biocarburants et de biofertilisants.

Plus d'informations peuvent être obtenues à doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132402