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Comment les enzymes peuvent rendre les procédés industriels plus verts

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Par publié le à 08h40

Comment les enzymes peuvent rendre les procédés industriels plus verts

Production en grandes quantités d'enzymes dans des fermenteurs (Novozymes)

ALCIMED, société de conseil en innovation et développement de nouveaux marchés, se penche sur l’adaptation des industriels aux procédés verts enzymatiques.

Comment réduire les externalités négatives des procédés de production sur l’environnement ? Parmi les réponses figure l’utilisation des enzymes, comme alternatives douces à certaines étapes des procédés industriels.

Depuis l’Antiquité, l’utilisation des enzymes a été faite sans base scientifique, par l’usage d’extraits végétaux et animaux, ou de microorganismes tels que les levures et champignons. La fabrication de fromages grâce à l’ajout d’un mélange d'enzymes naturelles issu d’estomac de veau appelé présure en est un bon exemple.

Un marché à six milliards de dollars

A partir du XXème siècle, la production commerciale d’enzymes à grande échelle par fermentation de microorganismes débute. L’utilisation d’enzymes pour la clarification de jus de fruits émerge dans les années 1930 et pour attaquer les salissures organiques dans les lessives, trente ans plus tard.

Aujourd'hui, le marché mondial s’éleve à 6 milliards de dollars et est dominé par les grands acteurs tels Novozymes, DuPont ou Genencor. Les principaux secteurs ciblés sont l'industrie pharmaceutique, l’agroalimentaire, les tissus, les biocarburants ou encore la papeterie ou les produits domestiques…

Des molécules capables d’accélérer la vitesse de réactions spécifiques…

Les enzymes sont des protéines agissant en catalyseurs biologiques, autrement dit des molécules issues d’êtres vivants capables d’accroître la vitesse des réactions chimiques. Chez les espèces vivantes, les enzymes agissent le plus souvent en combinaison, afin de réaliser des réactions en modifiant, combinant, ou segmentant des molécules appelées substrats, lorsqu’elles sont dans des conditions favorables de pH et de température, qui sont en général propres à leur organisme d’origine.

L’utilisation d’enzymes pour des procédés verts émerge

Si les enzymes agissent comme des ingrédients fonctionnels dans les produits alimentaires et les détergents par exemple, elles jouent par ailleurs le rôle d’agents externes participant aux procédés de fabrication. Elles peuvent substituer des réactions mécaniques comme le sablage ou l’utilisation de pierres ponces pour l’usure des jeans, ou des réactions chimiques extrêmes ou fastidieuses, telles que l’hydrolyse de la lignine. Elles sont ainsi à l’origine, dans ces cas, de procédés dits verts, grâce à des réactions rapides à pression et températures ambiantes.

Les enzymes ont deux atouts majeurs régulièrement mis en avant par les chercheurs et les producteurs :

-La baisse du coût de revient global grâce à l’économie d’énergie et de consommation d’eau, ainsi que la diminution du nombre d’étapes de production.

-L’avantage écologique lié à une utilisation et un rejet d’intrants moindres, notamment en ce qui concerne les produits chimiques.

On assiste ainsi à l’émergence de nouveaux concepts écologiques redessinant les procédés classiques et devant être moins chers, leur optimisation compensant le prix élevé de ces solutions à base d’enzymes.

A titre d’exemple, Novozymes offre pour la finition du textile une solution réduisant les coûts de production de 30%, grâce à un cocktail enzymatique et des étapes redessinées. En combinant l’étape de finition et de teinture, le coût de la consommation d’eau, d’électricité, de vapeur et du labeur est divisé par deux, laissant place à une nouvelle solution d’enzymes représentant 50% du coût total.

Les industriels encore peu réceptifs

Même s’ils promettent des bénéfices économiques et environnementaux, ces nouveaux concepts sont encore peu utilisés par les industriels, et se voient confrontés à plusieurs barrières :

-Certains marchés d’application comme la production de vin ou la synthèse chimique de colorants ont un savoir-faire historique et restent encore peu réceptifs à une modification de leur procédé, pouvant parfois demander un investissement très important.

-Chaque procédé est spécifique en termes de températures et de pH, et peut nécessiter le développement d’une ou plusieurs enzymes adaptées, devant parfois être recombinantes pour garantir leur activation et leur efficacité.

-Même si certaines enzymes sont efficaces, l’utilisation de micro-organismes est parfois privilégiée dans certains secteurs, pour produire un cocktail d’enzymes polyvalent et efficace, fournissant un meilleur rendement.

 L'ingénierie métabolique nécessaire au développement du marché des enzymes

Au global, la croissance du marché des enzymes est évaluée à environ 6%3, notamment grâce à leur forte utilisation en tant qu’ingrédients actifs. Cette tendance pourrait être considérablement accentuée par deux facteurs principaux : les avancées scientifiques et une impulsion législative en faveur des process verts. 

Tout d’abord, sur le plan technique, grâce aux développements de l’ingénierie métabolique. Cette voie biotechnologique, portée notamment par des petites entreprises spécialisées, permet de modifier spécifiquement des protéines telles que des enzymes. Celles-ci sont ainsi optimisées pour être stables et fonctionnelles dans le cadre de procédés utilisant des produits chimiques, fortement touchés par des problématiques d’instabilité et d’inactivation des enzymes, comme dans la papeterie.

Par ailleurs, l’évolution des réglementations pourrait jouer un rôle central. Le soutien financier à la transition verte de l’industrie pourrait lever les barrières de coûts freinant encore aujourd’hui les entreprises. Elles permettraient également de renforcer la compétitivité française et européenne vis-à-vis de pays imposant moins de contraintes sur le plan écologique. De ce fait, un tel soutien pourrait aussi réduire les risques de délocalisation des activités pesant sur des approches uniquement fondées sur la coercition.

Alcimed

 

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