La recherche montre que les déchets issus de la transformation des algues en carburant peuvent être utilisés comme complément au ciment.
Le procédé de liquéfaction hydrothermique (HTL) mis au point par les chercheurs en bioénergie du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) permet de transformer des déchets et des biomasses allant des boues d’épuration aux miettes de friture en biocarburants et produits commercialement viables.
Les proliférations d’algues, qui se forment dans les eaux saturées en nutriments et peuvent être toxiques, constituent une autre matière première particulièrement intéressante. Lorsque le procédé HTL est utilisé sur des proliférations d’algues récoltées, il produit deux choses : du bio-brut (qui peut être transformé en toutes sortes de biocarburants) et un déchet solide appelé biochar d’algues.
Actuellement, ce biochar d’algues est un déchet : il est envoyé dans des décharges, ce qui augmente le coût du processus HTL. Mais aujourd’hui, les chercheurs du PNNL ont trouvé un autre moyen de transformer les déchets en trésor : utiliser le biochar d’algues comme matériau supplémentaire pour le ciment.
Une seconde vie pour le biochar d’algues
Dans l’industrie du béton, les matériaux cimentaires supplémentaires (SCM) sont utilisés pour remplacer 20 à 30 % du ciment. Lorsque le ciment durcit, il produit une grande quantité d’hydroxyde de calcium indésirable ; le silicium et l’aluminium présents dans les SCM réagissent avec cet hydroxyde de calcium pour former davantage de composés qui confèrent au ciment sa résistance.
« Lorsque nous avons examiné la composition du biochar d’algues (calcium, silicium, aluminium, fer), nous avons réalisé qu’il s’agissait des composants du ciment », a indiqué Carlos Fernandez, ingénieur chimiste en chef pour les matériaux au PNNL.
L’équipe du PNNL a donc testé le biochar d’algues en tant que SCM : elle l’a utilisé pour remplacer 30 % d’un mélange de ciment, l’a laissé durcir pendant un mois, puis a évalué la résistance à la compression (résistance à la force poussant vers l’intérieur) et la résistance à la traction (résistance à la force tirant vers l’extérieur) du matériau.
Les résultats se sont révélés très prometteurs.
« Nous avons constaté que la résistance à la compression du ciment était initialement inférieure à celle des produits commerciaux, mais qu’elle les rattrapait en quelques semaines », explique Lan Li, ingénieur en mécanique au PNNL. « Pour la résistance à la traction, c’était l’inverse, mais nous avons testé des méthodes pour activer le mélange afin d’augmenter sa résistance à la traction. »
Des algues pour produire du carburant, des déchets pour produire du ciment
Bien que le biochar d’algues ne soit pas encore un substitut parfait aux SCM commerciaux, il présente deux avantages considérables par rapport à la concurrence : son coût et sa disponibilité.
Les SCM commerciaux populaires comprennent des sous-produits industriels tels que les cendres volantes, les fumées de silice et les scories de haut fourneau, qui sont tous de plus en plus coûteux ou limités aux États-Unis. Parallèlement, le marché américain des SCM, qui représente plusieurs milliards de dollars, connaît une croissance rapide, et la demande devrait bientôt dépasser l’offre.
« Le coût du biochar d’algues est compétitif par rapport aux SCM commerciaux, sans compter les coûts d’enfouissement évités », a indiqué Peter Valdez, ingénieur chimiste senior spécialisé dans les biocarburants au PNNL. « Et il n’y a pas de problèmes d’approvisionnement : les États-Unis pourraient utiliser leurs ressources émergentes en algues pour produire 30 millions de tonnes de biochar d’algues par an via le HTL, ce qui pourrait couvrir environ un tiers de la demande annuelle américaine en SCM. »
« Le biochar a été négligé pendant un certain temps », ajoute M. Valdez. « Cette recherche démontre que le biochar a une application industrielle viable, ce qui signifie que le HTL peut transformer un matériau domestique peu coûteux, les algues, en deux produits commerciaux de grande valeur. »
Cette recherche a été soutenue par le département de l’Énergie, le Bureau de l’efficacité énergétique et le Bureau des technologies bioénergétiques des énergies renouvelables. Elle a été publiée dans le numéro de juin 2025 de la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering, qui a également consacré sa couverture à cette avancée majeure.
article : « Feasibility of Algal Biochar, a Byproduct of Biofuel Production, as a Supplemental Cementitious Material » – DOI : 10.1021/acssuschemeng.4c09568
Source : PNNL
