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Une installation pilote pour faciliter le développement de la nanocellulose

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La nanocellulose n’est peut-être pas le sujet de l’heure mais ce seul mot continue de captiver notre industrie. En l’écrivant sur Google pour les besoins de cet article, on obtient 701 000 résultats en seulement 0,45 seconde. Nul besoin d’ajouter qu’il s’agit toujours d’un sujet chaud.

Une large gamme d’applications de la nanocellulose constitue autant d’articles, de présentations, de posters et de conférences, mais combien d’études se sont matérialisées à l’échelle industrielle? Beaucoup d’appelés mais peu d’élus et une de ces applications est l’usine MFC (cellulose microfibrille) commercialisée sous le nom d’Exilva. L’usine, d’une capacité de 10 000 tonnes de pâte MFC 10%, clame haut et fort être la première installation commerciale de ce type. Il existe bien quelques autres usines dans le monde mais personne n’a franchi la masse critique, c’est-à-dire devenir de grandes usines avec des applications majeures dans des produits de base nanocellulosiques.

Quelles sont les chaînes de valeur oû la nanocellulose constitue une composante importante des produits et à quelles fins sera-t-elle utilisée? En se basant sur les projets de recherche existants, il existe différentes opportunités ou la nanocellulose peut être utilisée à grande échelle. Certaines applications ont besoin d’une technologie de machine à papier pour pouvoir se matérialiser et ainsi se retrouver dans des produits comme les filtres, les mousses composites, les matériaux résistant au feu ainsi que les surfaces traitées des produits d’habillage de machine.

Cela va sans dire, fabriquer des produits comme ceux-là sous forme de toile pose de multiples défis. Parfois c’est le procédé comme tel qui pose problème, alors lorsqu’on surmonte les obstacles et que les bons résultats aboutissent à la production à pleine échelle, cela pave la voie à d’autres applications. Alors, qu’est-ce qui peut et doit être fait pour réduire les coûts de développement pour hisser les produits nanocellulosiques sur le marché? Une part importante du travail de développement se trouve dans la production d’échantillons de démonstration de produits contenant de la nanocellulose en assez grande quantité pour faciliter les essais d’application sur une échelle réaliste.

Plusieurs projets de recherche ont lieu partout dans le monde et c’est la raison pour laquelle on a de plus en plus besoin d’équipement pilote et d’usines de démonstration dans le but de produire des résultats concluants en laboratoires et ainsi s’approcher d’une production à plus grande échelle. La nanocellose, et son nom l’indique clairement, est la somme de petites parties de molécules de cellulose, plus petites que quoi que ce soit qui puisse entrer sur nos machines à papier actuelles. Pas étonnant que le besoin en équipement pilote, avec lequel on puisse recréer le procédé d’une machine à papier le plus réaliste possible – nommément les formeurs de feuille en condition de laboratoire - soit si criant.


Une petite machine à papier pilote est idéale pour plusieurs essais en nanocellulose.

Certaines questions doivent être répondues avant de passer à l’étape d’essais à grande échelle sur une vraie machine à papier soit : comment faut-il modifier une machine à papier pour la production viable de matériaux à base de nanocellulose? Quelle chimie d’eau blanche va optimiser la rétention de la nanocellulose? Qu’est-ce qui se passe avec une toile contenant de la nanocellulose lors de son passage dans la section des séchoirs? Voilà quelques questions cruciales qu’il faut poser lorsque la présence de nanocelluloses est substantielle ou qu’il s’agit de la composante principale. Plus les projets de laboratoire démontrent des opportunités découlant de la présence de nanocellulose, plus le besoin pour de l’équipement pilote simulant une machine à papier s’en trouve décuplé.

Un exemple de machine convenant à ce genre d’exercice est celle de MoRe Research en Suède. D’une largeur de 225 mm, elle comprend une section Fourdrinier, une section des presses et une section de séchage. Elle est aussi équipée d’un cylindre Yankee pour faciliter la production de papier tissu et de papiers MG. La machine peut produire un papier dans une plage de grammage de 20 à 300 gsm. À l’origine, la machine fut exploitée pour les projets de R&D en pâte et papier de la compagnie MoDo et pour répondre à la demande des acheteurs de pâte. Au fil des années, la machine a subi des modifications afin de bien suivre les besoins de l’entreprise. Le fait que la machine à papier pilote soit très flexible, utilisant une bonne quantité de nanocellulose pour réaliser des essais réalistes, l’a rendu incontournable pour de plus en plus de projets en nanocellulose.

Comme nous l’avons souligné au début de cet article, le taux de rétention de la nanocellulose dans la machine à papier est un facteur crucial. Comment faire rester la nanocellulose dans le produit et éviter qu’elle s’accumule dans le système d’eau blanche? Dans une technologie multi-couches, les dites couches de composantes anioniques et cationiques s’accumulent sur une surface. Les fibres peuvent ainsi être traitées de façon séquentielle avec la nanocellulose anionique et les composantes cationiques. La technologie multi-couches est intéressante à plusieurs points de vue lorsque vient le temps de « charger » de nouvelles propriétés sur la surface fibreuse et permet conséquemment de mettre au point des composés et matériaux nanocellulosiques.

La machine à papier pilote de MoRe a donc été équipée spécialement pour ajouter des composantes anioniques et cationiques de façon séquentielle. La taille de la machine permet la production de matériaux de démonstration avec nanocellulose et ce en assez grande quantité pour permettre des essais en mode produit fini.


L'équipement pilote de MoRe Research convient aux essais en technologie multicouches. Les différentes couches de composes anioniques et cationiques sont produites étape par étape sur la surface de la fibre.

Comme nous l’avons souligné au tout début, la nanocellulose est un domaine extrêmement intéressant et des sommes considérables sont investies dans la recherche et développement de procédés et d’applications potentielles. Mon objectif avec cet article n’était pas d’offrir une liste exhaustive des usines pilotes et de démonstration mais plutôt, à l’aide d’un exemple, de démontrer la nécessité d’utiliser une usine pilote pour faire avancer le développement de la nanocellulose et en faciliter la commercialisation, rendant son utilisation une composante essentielle du procédé de fabrication pour l’avenir.

En conclusion, il est évident que la nanocellulose sera un domaine de développement pour plusieurs années à venir. Différents procédés et technologies seront mis à l’essai, un peu comme au début des procédés de mise en pâte. Avec le temps, certains procédés remporteront plus de succès et deviendront dominants. Les équipements pilotes, comme ceux décrits auparavant, et les usines de démonstration précédant la production à grande échelle de nanocellulose vont dominer le paysage industriel avant qu’elle ne devienne un phénomène acquis.


 

 

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