Des chercheurs étudient la cellulose de chanvre pour fabriquer des gels de haute technologie

Des chercheurs en Allemagne et en France travaillent ensemble sur une nouvelle méthode d’extraction de la cellulose des déchets de fibres de chanvre. Leurs buts et de les utiliser pour la fabrication de l’aérogel, un matériau de pointe avec un large éventail d’applications industrielles. Historiquement, on fabrique les aérogels à partir de matériaux inorganiques très polluants tels que la silice et l’alumine. Mais cette recherche porte sur l’amélioration de l’environnement grâce aux polymères organiques et au carbone. Découvrons les détails de l’étude.

Que sont les aérogels ?

Développés pour la première fois dans les années 30, les aérogels remplacent le contenu liquide par de l’air. Par la suite, ils ont été de plus en plus acceptés au cours des 20 dernières années. En effet, on les a utilisés dans des matériaux de stockage d’électricité. Au début, il était utilisé comme épaississant, remplisseur de cigarettes et isolant pour les congélateurs. L’aérogel de silice est l’aérogel le plus courant, le même matériau que le verre. La première commercialisation d’aérogel de silice était une couverture pour l’isolation thermique. Après cela, plusieurs chercheurs du monde entier recherchent des applications de l’aérogel autres que l’isolation. Les aérogels peuvent être organiques, inorganiques et composites avec d’autres matériaux.

Bien que les aérogels soient chers, les chimistes effectuent toujours des tests pour les rendre plus résistants, peu coûteux et moins nocifs. Et jusqu’à maintenant, les ingénieurs utilisent l’aérogel pour les mêmes raisons. Cela comprend les supercondensateurs, les ultracondensateurs, les batteries et les électrodes de dessalement. De plus, ils sont utilisés comme matériaux d’isolation thermique. D’autre part, des ingénieurs l’utilisent comme substance qui catalyse pour les nanotubes de carbone et d’autres matériaux. Ces matériaux sont solides mais poreux, offrant le principal avantage d’une faible conductivité thermique et d’un faible transfert de chaleur.

La NASA utilise l’aérogel

Même l’agence gouvernementale américaine NASA utilise des aérogels pour les navettes spatiales et leurs lancements. En effet, cette agence américaine le met dans les équipements de survie, les bancs d’essai de fusées et les équipements d’isolation des membres des astronautes. Les applications commerciales comprennent :

• l’isolation des tuyaux,
• la construction,
• les appareils électroménagers et les équipements de réfrigération,
• les automobiles, ainsi que les applications grand public, telles que les vêtements.

Selon Costa, des études ont jusqu’à présent montré que les aérogels fabriqués à partir de cellulose obtenue à partir de chanvre sous forme de perles, de papier et de forme monolithique cylindrique sont similaires aux aérogels fabriqués à partir de cellulose commerciale.

Quelles sont les celluloses de chanvre ?

La cellulose de chanvre est constituée de fibres de chanvre traitées chimiquement et thermiquement. La cellulose de chanvre a été historiquement utilisée pour fabriquer du papier de chanvre. Mais son utilisation s’est largement étendue au cours des dernières décennies pour inclure la fabrication de toiles, de cordes, de sacs, de matériaux de construction et même de produits alimentaires.

La cellulose de chanvre est également utilisée pour créer des produits de beauté et de soin de la peau, des robes, des jeans, des chemises, des chapeaux et même des matériaux de construction composites pour les bâtiments. Et actuellement, les scientifiques visent à l’utiliser pour fabriquer de l’aérogel.

José Diogo Costa mène l’étude

« Cette étude ouvre la possibilité d’utiliser les déchets de fibres de chanvre comme principale source de cellulose pour les aérogels. Ce matériel peut être extrait en petites quantités à l’aide de produits chimiques bon marché et sûrs. » Voilà ce que José Diogo Costa, boursier du doctorat en économie européenne de Marie Skłodowska-Curie, a déclaré. Son programme de recherche s’inscrit dans une étude plus large de l’économie biosourcée et circulaire. En fait, les recherches de Costa sont soutenues par une subvention du Biobased Value Circle (BVC). Le BVC associe 4 universités européennes, d’instituts de recherche et 9 entreprises européennes. 

L’étude représente une grande opportunité de croissance

Costa a déclaré que la cellulose, qui représente 65 à 75 % de la composition biochimique de la fibre de chanvre, est particulièrement importante. La raison est qu’elle est abondante, biocompatible et obtenue à partir de déchets.

 » Cette nouvelle gamme d’ingrédients ouvre de nouvelles opportunités de croissance pour les entreprises basées sur le chanvre. De plus, elle pourrait créer des emplois plus nombreux et de meilleure qualité dans les communautés rurales, tout en offrant les avantages environnementaux bien connus du chanvre « , a-t-il déclaré.  » Les aérogels deviendront une activité importante et passionnante pour l’industrie du chanvre. Les producteurs cherchant à tirer profit des déchets aux nouveaux projets, les nouveaux marchés et les investisseurs pourront en profiter. « 

Le chercheur new-yorkais Future Market Insights étudie l’évolution de l’utilisation de l’aérogel. Selon le site, la demande mondiale d’aérogel devrait être évaluée à 1,5 milliard € en 2022. Il devrait croître à un TCAC de 17 % pour être évaluée à 7,5 milliards € de 2022 à 2032.

Les partenaires de recherche

Pour répondre aux considérations de développement de produits et de chaîne d’approvisionnement, Costa collabore avec le Centre Aérospatial Allemand (DLR). Ce centre  de recherche est basé à Cologne. Costa travaille également avec la startup KEEY Aerogel à Habsheim, en France. Ce dernier développe des matériaux pour remplacer l’isolation à base de pétrole. Enfin, DLR et KEEY tous deux font partie des membres du consortium BVC.

Costa et son équipe explorent le potentiel des fibres de chanvre de qualité inférieure issues de la transformation des tiges. En effet, ils veulent les utiliser comme base d’une nouvelle classe de matériaux d’aérogels sans pollution biologique. D’autre part, Costa étudie également comment commercialiser ces produits grâce à l’expansion de la production. Ce qu’il fait sont des grands défis.

L’étude demande de la patience

Toutefois, Costa a déclaré ainsi : « Les processus actuels de production d’aérogels à base de cellulose de chanvre peuvent prendre encore beaucoup de temps ».  Il a également ajouté que leur entartrage doit être optimisé. De plus, de nombreux autres facteurs tels que la résistance à l’humidité, l’activité microbienne et la combustion doivent être pris en compte ».

L’allégement de la chaîne d’approvisionnement et la réduction de la dépendance aux matières premières de l’étranger sont les principaux enjeux abordés. En fait, la politique européenne générale exige ces éléments afin de parvenir à un modèle d’entreprise biosourcé et circulaire. Ceci est l’aperçu général et le contexte plus large de la recherche de l’équipe Costa.

Compatibilité du projet avec le « Green Deal »

Le choix de l’UE sur le chanvre désigne cette plante comme une « culture prioritaire » dans le cadre de la politique agricole commune (PAC). De plus, le Green Deal (Pacte vert) européen présente des objectifs environnementaux pour le chanvre. Ainsi, le plan de Costa est parfait pour la stratégie de la Coalition visant à créer ce modèle commercial révolutionnaire. Il a tout à fait raison.  » La mesure et la valorisation des cultures et de leurs résidus, tels que le chanvre, le lin, le maïs et le blé, est l’une des principales options étudiées dans l’UE « , a déclaré Costa.

Dans le cadre du pacte vert européen et de la stratégie européenne de bioéconomie, l’UE devrait mettre à jour les réglementations. Ils doivent également apporter une correction aux labels pour les produits biosourcés. De plus, il doit lancer une circulaire d’investissement d’une valeur de 100 millions d’euros. Cela comprend une activité de mobilisation des parties prenantes au nom de l’université, de l’industrie et des sociétés. Voilà ce que Costa déclarait par rapport au projet de l’UE sur le chanvre.

Au cours de ces sept dernières années, l’UE a investi 3,7 milliards € dans des projets de recherche et l’industrie de bioéconomie. D’ici 2030, cet investissement devrait passer à 10 milliards €. Dans le cadre d’Horizon Europe, le principal programme de financement de la recherche et de l’innovation relève les défis du changement climatique.

Qui compose le consortium BVC ?

En plus de KEEY, les sociétés qui participent à cette étude sont :

• B4Plastics, Belgique ;
• BioEvol Srl, Italie ;
• ChemStream SPRL, Belgique ;
• Fibrothélium, Allemagne ;
• IFG Asota GmbH, Autriche ;
• Umlaut Transformation GmbH, Allemagne ;
• Spintex Engineering Ltd., Royaume-Uni ;
• Technical Proteins Nanobiotechnology S.L., Espagne.

Les universités participantes sont :

Institut d’Aix-la-Chapelle-Maastricht pour les matériaux biosourcés de l’Université de Maastricht ;

• Université Karl Franzens Graz, Autriche;
• Université nationale d’Irlande Galway ;
• Institut BioTex de l’Université d’Aix-la-Chapelle, Allemagne.

Les entreprises qui participent à l’association Biobased Value Circle embauchent ou accueillent des doctorants. Puis, le BVC propose des stages de longue durée dans le cadre d’un projet. En fait, l’objectif vise à former la prochaine génération de chercheurs pour soutenir la création de nouveaux produits biosourcés. De plus, le consortium veut rendre l’économie plus durable.

Le chanvre et l’aérogel promettent un avenir brillant

Aujourd’hui, des efforts importants sont en cours pour développer des aérogels mécaniquement solides grâce aux celluloses du chanvre. Par ailleurs, les chercheurs veulent fabriquer des aérogels de nouvelles compositions pour les capteurs et la production d’énergie. En plus de cela, ils vont appliquer des aérogels à utiliser comme supports de stockage d’hydrogène. Les aérogels métalliques sont à nos portes. De plus, des supercondensateurs plus avancés qui rivalisent avec les batteries d’aujourd’hui deviennent probables.

L’utilisation d’aérogels intelligemment conçues pour produire de l’hydrogène va changer notre façon de penser à l’énergie et au carburant. Grâce à la combinaison unique des propriétés physiques de l’aérogel, les matériaux intelligents amélioreront notre vie quotidienne.Le Dr Debra Rolison du Naval Research Laboratory appelle l’aérogel « la nanotechnologie originale ». Mais les aérogels ont parcouru un long chemin depuis l’époque de Kistler. Les applications possibles des matériaux aérogels et les substances venant du chanvre sont infinies. Ces dernières années, les celluloses de chanvre ont été utilisées pour produire des biocarburants dérivés de la cellulose. Bientôt, la cellulose de chanvre pourrait être une réponse immédiate aux problèmes d’énergie renouvelable du monde.