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La lignine kraft en mouvement

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La lignine suscite un intérêt croissant de la part des chercheurs ainsi que des industries forestières, plastiques et énergétiques. Ayant été principalement considéré et utilisé comme une source d'énergie par l'industrie des pâtes et papiers par le passé, la lignine est maintenant considérée comme une matière première renouvelable avec un grand potentiel pour une gamme de produits remplaçant ceux à base de combustibles fossiles.

Stefan Andersson, Directeur, and Robert Gustavsson, Gestion de projets et développement des affaires, chez LignoDemo montrent le filtre à courroie qui sépare la lignine du reste de la liqueur noire.

Tout développement germe avec une idée et une vision de ce que l'idée commercialisée sous forme d'un produit ou service peut faire et des bénéfices qu'on pourrait en tirer. Pour offrir une durée de vie suffisante l'idée doit remplir un besoin et s'avérer profitable, cette dernière condition étant quelquefois escamoté lors du brassage d'idées.

Toutefois, je ne perdrai pas mon temps d'écriture ou celui d'éventuels lecteurs à théoriser sur le principe du développement des idées pour établir un produit commercialisable. Plusieurs auteurs le feront mieux que moi. Cette fois, mon attention se portera sur la façon dont les usines de démonstration de lignine peuvent contribuer à l'introduction de divers produits à base de lignine.

Les liqueurs noires de lignine en provenance des usines de pâte kraft, ou les liqueurs correspondantes des fabriques au sulfite avec une base de soude ou de magnésium permettant la récupération chimique, sont utilisées depuis l'invention de la chaudière Tomlinson pour produire de la vapeur réchauffant les différents procédés de mise en pâte ainsi que de fabrication de papier et de carton d'usines intégrées. Étant donné la situation des différentes usines, la lignine est et demeurera dans le futur, disponible pour bien plus que des fins énergétiques.

Dans certaines usines, la chaudière de récupération constitue un goulot d'étranglement qui empêche d'augmenter la production de pâte. Une des façons d'accroitre la capacité de production sans investir de grosses sommes d'argent dans une nouvelle chaudière de récupération est d'enlever la lignine de la liqueur noire pour en faire divers produits. En ce sens, l'usine Domsjö Fabriker d'Aditya Birla en Suède se révèle un succès du genre, ses anciens propriétaires ayant investi très tôt dans la production de lignine dans le but de hausser la production de cellulose. Aujourd'hui l'usine affiche une capacité de 120 000 tonnes de lignine et représente le deuxième fournisseur de lignine au monde, elle qui a augmenté sa production de cellulose sans l'apport d'une nouvelle chaudière de récupération.

D'ailleurs, la meilleure efficacité des usines d'aujourd'hui permettent d'utiliser la lignine à d'autres fins que la production de vapeur et d'électricité. Cela est particulièrement vrai dans les grosses usines ou les économies d'échelle favorisent les opportunités d'affaires avec la lignine. Comme d'habitude, lorsqu'il existe des usages alternatifs à une matière brute, il est aussi question d'en trouver l'usage le plus profitable, comme alternative à différents biocombustibles ou pour toute une gamme de produits comme les dispersants, la colle, les agents de liaison et les additifs pour le ciment. L'enjeu est bien entendu de séparer la lignine du reste de la liqueur noire de la façon la plus efficace.

L'une des méthodes pour extraire la lignine de la liqueur noire est le procédé LignoBoost, mis au point grâce à une collaboration entre Innventia, maintenant RISE Bioéconomie, à Stockholm et l'Université de Technologie Chalmers à Gothenburg, ainsi que de d'autres partenaires. Trois programmes de développement ont été nécessaires, qui ont commencé vers la fin des années 1990. En 2005, la technologie était prête à passer le test à une plus grande échelle et à prouver sa viabilité commerciale en usine de pâte kraft.

Robert Gustavsson et Stefan Andersson près de la presse ou la lignine est lavée puis asséchée.

C'est d'ailleurs l'usine de Nordic Paper à Bäckhammar, en Suède, qui fut choisie, puisqu'on y trouvait déjà une usine de lignine kraft sous les auspices de son propriétaire antérieur, la compagnie Borregaard, usine branchée sur le cycle de récupération de la fabrique de pâte. Cette usine n'était plus dans les plans de Borregard qui la vendit au plus offrant. En 2007, l'usine réaménagée fut ouverte; elle est dorénavant la propriété de RISE LignoDemo AB, une filiale de RISE Innventia AB.

L'usine de démonstration LignoBoost, d'une capacité annuelle de 8000 tonnes sèches de lignine, vit en symbiose avec la fabrique de pâte. La liqueur noire est pompée directement de l'usine d'évaporation et refroidie à une température acceptable. Puis vient l'étape de baisser le pH d'une valeur de 13-14 à 10 et ce en ajoutant du dioxyde de carbone. La lignine est ainsi précipitée et peut être stockée pour maturation. Par la suite la lignine précipitée est soigneusement pompée vers un filtre de presse ou une presse à courroie ou la lignine est séparée et le filtrat, composé de produits chimiques de cuisson, est retourné vers l'usine d'évaporation.

La lignine est ensuite chauffée et traitée avec de l'acide sulfurique qui vient faire fléchir le pH à 2-3; le pompage vers un filtre de presse suit pour ainsi laver et assécher la lignine en plusieurs étapes. La lignine sèche est emballée dans de grands sacs, et peut être livrée sous plusieurs formes, alors que le filtrat retourne à l'usine d'évaporation.

ART17-photo4Le produit de LignoDemo à Bäckhammar, soit des morceaux de lignine kraft d’une siccité d’environ 65%.

L'usine de lignine de Bäckhammar est unique de par sa flexibilité. Elle œuvre dans deux domaines, soit les projets de recherche de pointe à l'échelle presqu'industrielle ainsi que les projets commerciaux pour certains clients. L'usine peut produire des qualités de lignine sur mesure et les tests sont réalisés avec des membranes de filtration et des centrifugeuses. Normalement, la liqueur noire de l'usine de pâte située tout près est utilisée mais les projets peuvent aussi se réaliser avec de la liqueur noire de d'autres usines lorsque les clients veulent examiner leurs différentes opportunités.

Le fait que la RISE LignoDemo soit une usine de lignine unique en son genre en fait un site attrayant pour les travaux de R&D. Des tests concluants ont été réalisés pour le compte de compagnies de l'industrie forestière ainsi que des entreprises de l'industrie du plastique de partout dans le monde. L'intérêt de l'industrie du plastique vient du fait qu'elle a identifié plusieurs opportunités pour remplacer le plastique par la lignine dans certains produits.

La technologie LignoBoost a été brevetée puis vendue à Valmet en 2008 à des fins de commercialisation. En 2013, la première usine à pleine échelle LignoBoost a été ouverte à l'usine Domtar de Plymouth, en Caroline du Nord. La seconde usine a été ouverte par Stora Enso à son usine Sunila de Kotka, dans le sud de la Finlande. L'usine affiche une capacité de 375 000 tonnes de pâte de résineux et 50 000 tonnes de lignine sèche.

Ce modèle de voiture utilise de la fibre carbone pour la confection du toit, produit à 100% de lignine de résineux. Celle-ci est mise au point par RISE Innventia, Swerea, Blatraden et KTH, le Royal Institute of Technology. La batterie de cette voiture contient de la fibre de carbone à base de lignine utilisée comme électrode. Photo: Johan Olsson.

Un autre procédé de fabrication de lignine a été commercialisé sous le nom LignoForceTM a vu le jour grâce aux travaux de FPInnovations. Une usine de démonstration à pleine échelle a été ouverte à l'usine Produits forestiers Resolu à Thunder Bay, en Ontario. Cette technologie est appliquée à pleine échelle depuis le printemps 2016 à l'usine de pâte NBSK de West Fraser à Hinton, en Alberta, pour une production quotidienne de lignine de 30 tonnes.

Il serait toutefois injuste d'écrire sur le développement de la lignine et totalement ignorer le fait qu'il existe un marché global de la lignine d'environ 1,1 millions de tonnes de lignine solide. Le joueur le plus important est l'usine Ligno Tech Borregaard, avec une part de marché de 40-45% et des usines de production en Europe, aux États-Unis et en Afrique du Sud. L'entreprise est une pionnière dans la conception de produits en lignine pour différents usages et de produits à base de lignine, comme les lignosulfonates.

Bobine en filament de lignine. Photo: Johan Olsson.

Une part importante du marché existant de la lignine provient de lignosulfonates, produites par les usines de pâte au sulfite. Le principal levier derrière la recherche de lignine est la façon d'extraire et d'utiliser la lignine kraft provenant des liqueurs noires d'usine kraft et disponibles en grande quantité. C'est à ce niveau que les RISE LignoDemo et LignoForce de FPInnovation de ce monde, et leurs usines de démonstration, prennent tout leur sens pour l'avenir de la lignine.


 

 

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