Des déchets au gaz : des graphiques de contour montrent comment créer un éthanol de qualité à l'aide d'épluchures d'ananas

La dernière fois que vous avez épluché un ananas, vous vous êtes certainement débarrassé des épluchures. Après tout, qu'auriez-vous pu faire d'autre ?

En Malaisie, des chercheurs ont découvert qu'il était possible d'en faire du biocarburant.

L'équipe de scientifiques a utilisé Minitab Statistical Software pour étudier la fermentation alcoolique avec les épluchures d'ananas. Leurs conclusions suggèrent que les déchets d'ananas pourraient offrir une solution alternative aux méthodes traditionnelles de production de biocarburant.

L'éthanol se forme au cours du processus de fermentation, lorsque les levures transforment le sucre en énergie. Il peut faire office de carburant et on le retrouve généralement dans la bière, le vin et le pain.

L'équipe de recherche a collaboré avec Pineapple Estate, une plantation située à Johor, en Malaisie, et possédant plus de 550 000 hectares de culture d'ananas, afin d'étudier la production d'éthanol à l'aide des épluchures d'ananas jetées dans la plantation.

Pour ce faire, les chercheurs devaient mettre au point une expérience leur permettant d'évaluer l'influence de différentes variables sur la production d'éthanol, tout en utilisant un nombre minimal d'essais expérimentaux.

Et c'est là que Minitab Statistical Software entre en jeu.

En utilisant Minitab, l'équipe a appliqué une technique statistique dite "de surface de réponse" afin d'évaluer les interactions entre plusieurs variables (ananas, concentration en épluchures, pH, concentration en sucre, température et durée de fermentation) et leur impact sur la variable de réponse, à savoir la concentration en éthanol.

Les chercheurs ont défini des valeurs basse et haute pour créer une plage pour chacune des cinq variables d'entrée. Dans chaque plage, les variables ont été associées à cinq niveaux à utiliser pour leur plan composite centré, un plan d'expériences fréquent en techniques de surface de réponse.

Ce plan d'expériences a permis à l'équipe de mesurer l'effet de chaque facteur sur le niveau de concentration en éthanol et d'étudier les interactions entre les facteurs avec un minimum d'essais expérimentaux, afin de gagner du temps et d'économiser la verrerie, les produits chimiques et les ressources mobilisées.

Les calculs impliqués dans les techniques de surface de réponse peuvent s'avérer complexes, mais Minitab crée des graphiques de contour qui permettent de visualiser facilement les paramètres d'entrée de plusieurs facteurs simultanés et de mieux comprendre leur impact sur la réponse.

Par exemple, dans le graphique de contour ci-dessous, la troisième zone verte la plus sombre montre l'endroit où la concentration en sucre et la température peuvent être ajustées pour optimiser la production d'éthanol pendant la fermentation, sachant que la concentration en épluchures d'ananas et le pH sont fixés aux plus hauts niveaux de leur plage (14 % et 6, respectivement) et que la durée de fermentation est fixée à 30 minutes, son niveau le plus bas.

Graphique de contour de l'éthanol

Avec la fonction d'optimisation des réponses de Minitab, l'analyse de l'équipe de recherche a montré que la concentration en éthanol optimale de 8,637 % est produite lorsque la concentration en sucre est de 22°Brix, à une température de 26 °C, avec un taux d'épluchures de 14 %, un pH de 6 et une durée de fermentation de 30 heures. Combinés à la teneur naturellement élevée des épluchures d'ananas en sucres fermentescibles, ces paramètres ont permis de produire de l'éthanol avec une teneur en alcool de 0,21 %, contre 0,035 % pour l'éthanol produit dans des conditions similaires à partir d'épluchures de bananes.

Grâce à Minitab Statistical Software, les chercheurs ont pu facilement créer leur expérience, analyser les données, comprendre les résultats et les visualiser.

Les résultats de leurs recherches indiquent qu'il est utile de récupérer les plus de 550 000 tonnes d'épluchures de fruits produites à Pineapple Estate, et pourraient avoir des conséquences sur la production de carburant à partir des restes d'autres fruits.

Cette étude de cas a été adaptée d'un article publié par la World Academy of Science, Engineering and Technology en décembre 2012.  

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