Les plumes remplacent le pétrole
Adhésifs à base de plumes : le projet vise un marché d'un milliard de dollars
Les adhésifs sont presque toujours basés sur des matières premières fossiles telles que le pétrole. Des chercheurs du Fraunhofer ont récemment mis au point un procédé qui permet d'utiliser la kératine à cette fin. Ce composé protéique très polyvalent se trouve, par exemple, dans les plumes de poulet. Non seulement il peut être utilisé pour fabriquer une multitude d'adhésifs différents pour une variété d'applications, mais les processus et les produits finaux sont également durables et suivent les principes de base sous-jacents à une économie circulaire bioinspirée. Le projet, développé en collaboration avec Henkel AG & Co. KGaA, s'adresse à un marché d'un milliard de dollars.
Afin de rendre les plumes usagées utilisables, les polymères de kératine sont hydrolysés par voie enzymatique en oligomères solubles à chaîne courte. Ceux-ci peuvent ensuite être transformés en adhésifs et autres produits chimiques spécialisés.
© Fraunhofer IGB
On trouve des adhésifs presque partout : dans les chaussures de sport, les smartphones, les revêtements de sol, les meubles, les textiles ou les emballages. Même les pare-brise des voitures sont collés à l'aide d'adhésifs. Les experts reconnaissent plus de 1 000 types d'adhésifs différents. Ils permettent de coller presque tous les matériaux imaginables les uns aux autres. Les adhésifs pèsent très peu et se prêtent donc à une conception légère. Les surfaces collées ne se déforment pas car, contrairement aux fixations par vis, la charge est répartie uniformément. Les adhésifs ne rouillent pas et empêchent l'humidité de pénétrer. Les surfaces collées sont également moins sensibles aux vibrations. De plus, les adhésifs sont peu coûteux et relativement faciles à travailler.
Plumes issues de la production de viande de volaille
Traditionnellement, les adhésifs ont presque toujours été fabriqués à partir de matières premières fossiles telles que le pétrole. L'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie interfaciale et la biotechnologie (IGB) a récemment adopté une approche différente. Les chercheurs utilisent des plumes comme matériau de base au lieu du pétrole. Les plumes sont un sous-produit de la production de viande de volaille. Elles sont détruites ou mélangées à l'alimentation animale. Mais les plumes sont bien trop précieuses pour être gaspillées, car elles contiennent la protéine structurelle qu'est la kératine. Ce biopolymère est présent chez les animaux et constitue les serres, les griffes, les sabots ou les plumes. Sa structure fibreuse est extrêmement solide.
Pourquoi la kératine est-elle parfaite pour la fabrication d'adhésifs ?
La kératine est un matériau biodégradable et donc écologique dont la structure présente des propriétés spécifiques qui la rendent particulièrement adaptée à la fabrication d'adhésifs. La structure polymère de la kératine, c'est-à-dire ses molécules à très longue chaîne, ainsi que sa capacité à subir des réactions de réticulation la prédestinent à la fabrication de divers adhésifs. "Les propriétés requises pour les adhésifs sont, dans une certaine mesure, déjà inhérentes au matériau de base et il suffit de les débloquer, de les modifier et de les activer", explique le Dr Michael Richter, chef de projet.
Plate-forme chimique et adhésifs spécialisés
Au cours des trois dernières années, le Fraunhofer IGB a travaillé avec Henkel AG & Co. KGaA sur le projet KERAbond : " Specialty chemicals from customized functional keratin proteins " - Kera étant l'abréviation de kératine, combinée au mot anglais " bond ".
Les partenaires du projet ont récemment développé et affiné un nouveau procédé. Dans un premier temps, les plumes provenant de l'abattoir sont stérilisées, lavées et déchiquetées mécaniquement. Ensuite, un processus enzymatique divise les biopolymères à longue chaîne ou les chaînes de protéines en polymères à chaîne courte par le biais de l'hydrolyse.
Le produit obtenu est une plate-forme chimique qui peut servir de matériau de base pour le développement ultérieur d'adhésifs spécialement formulés. "Nous utilisons le processus et le produit chimique de base comme une "boîte à outils" pour intégrer des propriétés bio-renforcées dans le produit final", explique M. Richter. Cela signifie que des paramètres peuvent être spécifiés pour l'adhésif spécial visé, tels que le temps de durcissement, l'élasticité, les propriétés thermiques ou la résistance. En outre, il n'y a pas que les adhésifs qui sont faciles à fabriquer, mais aussi les substances connexes telles que les durcisseurs, les enduits ou les apprêts.
Dans l'étape suivante, l'équipe Fraunhofer a entrepris de transformer les plumes à grande échelle. L'accélération du processus a été confiée au Centre Fraunhofer pour les processus chimiques et biotechnologiques CBP à Leuna. L'objectif était de prouver que les produits chimiques de la plateforme à base de kératine peuvent également être fabriqués de manière rentable à l'échelle industrielle. Pour ce faire, il a fallu traiter plusieurs kilogrammes de plumes de poulet, et le matériau produit a été utilisé pour des essais initiaux prometteurs au Fraunhofer IGB et chez Henkel.
Fondements d'une économie bioinspirée
Ce processus bioinspiré revêt une importance particulière pour la Fraunhofer-Gesellschaft. Ce n'est pas seulement parce qu'il s'agit de matières premières biodégradables ou de méthodes de fabrication particulièrement efficaces. La biotechnologie est en effet l'un des principaux domaines de recherche de la Fraunhofer-Gesellschaft. M. Richter explique le concept sous-jacent : "Nous nous inspirons des fonctionnalités ou des propriétés qui existent déjà dans la nature ou dans les matières premières naturelles. Et nous essayons de traduire ces propriétés en produits grâce à des méthodes de fabrication innovantes. Cela génère un cycle bioinspiré pour des matières premières précieuses".
Le Fraunhofer IGB est actif dans tous les aspects de la bioéconomie depuis plusieurs années et a développé une expertise exclusive en ce qui concerne la kératine, par exemple. C'est pourquoi l'entreprise de produits chimiques Henkel s'est adressée au Fraunhofer IGB pour ce projet.
Le projet a un certain poids économique. Selon Statista, environ un million de tonnes d'adhésifs ont été fabriquées en Allemagne en 2019. La valeur totale s'élève à environ 1,87 milliard d'euros.
Les résultats scientifiques ne sont pas en reste : Une demande de brevet a été déposée pour le nouveau procédé et un article a été publié dans une revue scientifique. Deux doctorants qui ont mené des recherches approfondies sur le projet chez Henkel et Fraunhofer devraient terminer leur thèse au premier trimestre 2024. Cette nouvelle technologie basée sur la kératine permettra de produire une multitude de produits chimiques de plateforme d'une manière durable et bioinspirée.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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