Une nouvelle technologie innovante pourrait stimuler la production américaine de caoutchouc

Les réserves naturelles mondiales sont menacées, ce qui rend indispensables des développements cruciaux.

Face aux défis posés par les maladies et à la forte demande affectant l’approvisionnement primaire en caoutchouc naturel en Asie du Sud-Est, les scientifiques s’efforcent de dynamiser le marché américain du caoutchouc en faisant progresser les méthodes d’extraction du latex de deux sources végétales durables d’Amérique du Nord : un pissenlit. espèces et un arbuste du désert.

Les chercheurs ont présenté leurs méthodes pour améliorer l’efficacité et augmenter le rendement en latex dans deux publications récentes, s’appuyant sur des décennies de recherche dirigées par Katrina Cornish, professeur d’horticulture et de sciences végétales et d’ingénierie alimentaire, agricole et biologique à l’Ohio State University.

Cornish et ses collègues ont ajouté des agents spécialisés pendant le traitement du Taraxacum kok-saghyz (TK) le pissenlit et l’arbuste guayule pour obtenir une plus grande quantité de latex des deux plantes. Aucune de ces sources ne peut être simplement exploitée – la méthode utilisée sur les arbres tropicaux qui produisent le seul caoutchouc naturel disponible dans le commerce au monde.

« Nous devons disposer de méthodes d’extraction efficaces pour toutes les espèces alternatives produisant du caoutchouc naturel, en particulier à grande échelle », a déclaré Cornish. « Et ils doivent être peu coûteux si vous voulez être compétitif sur le marché du pneumatique à long terme. »

Le travail sur le pissenlit TK a été publié récemment dans Cultures et produits industrielset la recherche guayule en Technologie et innovation environnementales.

L’importance d’une industrie nationale du caoutchouc

Au-delà des pneus, le caoutchouc trouve des applications dans environ 50 000 produits. Il est urgent de créer une industrie nationale du caoutchouc naturel : même si les États-Unis produisent du caoutchouc synthétique, ils dépendent entièrement des importations de caoutchouc naturel. En 2019, 10 % de l’approvisionnement en caoutchouc naturel a été perdu à cause de maladies – et le risque de transmission de la brûlure des feuilles d’Amérique du Sud à l’Asie du Sud-Est a augmenté avec l’expansion des voyages aériens directs entre le Brésil et la Chine.

Selon Cornish, il n’est pas exagéré de suggérer que si la maladie des feuilles se propageait de l’Amérique du Sud à l’Asie, la maladie pourrait anéantir à court terme la majeure partie des réserves mondiales de caoutchouc naturel.

« Nous pourrions alors assister à l’effondrement des chaînes d’approvisionnement mondiales et, par conséquent, de économies entières », a-t-elle déclaré. « Nous avons concentré toute une industrie mondiale autour d’une plante tropicale. Mais le pissenlit et la guayule TK sont durables et peuvent pousser dans des conditions tempérées.

Qualités uniques du latex Guayule

Le latex du guayule provient de cellules généralisées présentes dans l’écorce de l’arbuste. L’extraction du latex consiste à broyer l’écorce pour ouvrir ses cellules et libérer des particules de latex dans ce que Cornish appelle un « milk-shake ». Une série de cycles de lavage et d’essorage s’ensuit pour séparer le latex des autres matériaux solides – et à chaque étape de centrifugation, une partie du latex est perdue.

L’équipe de recherche a découvert que l’ajout de substances chimiques appelées floculants au milkshake aidait à lier d’autres matériaux solides ensemble et à les séparer du latex, réduisant ainsi de moitié les cycles de lavage et améliorant le rendement global du latex. L’ajout d’une substance a doublé le latex disponible et ce rendement a été multiplié par 12 lorsqu’un agent crémeux a été ajouté pour la purification.

« En ajoutant des floculants, l’extraction du latex est plus efficace et plus propre », a déclaré Beenish Saba, premier auteur de l’étude, chercheur postdoctoral en ingénierie alimentaire, agricole et biologique à l’Ohio State. « Nous avons trouvé des floculants spécifiques qui fonctionnent le mieux pour améliorer la qualité de l’extraction du latex et réduire le temps nécessaire. »

L’étude a également montré que la réinjection des solides restants dans le système de traitement permettait d’extraire encore plus de latex et réduisait également l’empreinte environnementale de l’ensemble de l’opération, a déclaré Saba.

Guayule contient un latex haute performance particulièrement attrayant qui est plus résistant et plus doux que tout autre polymère connu, a déclaré Cornish, ce qui signifie que davantage de charge peut être ajoutée lors de la production sans aucune perte de ses précieuses propriétés. Elle a utilisé du latex guayule pour développer le premier gant médical hypoallergénique capable de bloquer à la fois les radiations et les agents pathogènes.

Extraction innovante du pissenlit TK

Bien que le latex de pissenlit TK soit produit dans les racines de la plante, le processus d’extraction est similaire : les racines sont coupées, mélangées à une bouillie et filtrées pour éliminer les morceaux solides de matière végétale et la saleté. Le latex flottant à la surface du liquide restant est aspiré avec une pipette et rincé jusqu’à trois fois pour être purifié, puis séché.

Un peu de hasard a conduit à l’amélioration de cette méthode d’extraction. Le premier auteur, Nathaniel King-Smith, étudiant diplômé du laboratoire de Cornish, a découvert que les échantillons traités restés dans le laboratoire pendant trois mois contenaient beaucoup plus de latex flottant à leur surface. Une analyse a montré que les cations divalents lourds, comme le magnésium, liés aux membranes des particules de latex alourdissaient les particules – jusqu’à ce que la connexion finisse par s’effondrer.

L’équipe a découvert que l’ajout d’EDTA, un chélateur qui se lie aux cations divalents, au traitement des racines de pissenlit permettait d’extraire plus de deux fois plus de latex que celle extraite sans l’ajout d’EDTA.

« Notre question était : comment libérer la fraction lourde sans attendre trois mois que les particules de caoutchouc deviennent soudainement plus légères et flottent ? dit King-Smith. « Nous avons constaté que le rendement supplémentaire en latex après des mois de stockage pouvait être obtenu immédiatement lors d’une extraction standard, simplement en ajoutant de l’EDTA avant l’essorage. »

Perspectives futures et collaborations

L’utilisation d’EDTA a également augmenté la teneur en gel du latex extrait une fois séché – une information utile pour une production potentielle par les industries qui recherchent du caoutchouc à gel plus élevé, a-t-il déclaré.

L’EDTA pourrait s’avérer applicable à l’extraction du latex de la guayule, bien que Cornish ait déclaré que son laboratoire espère s’associer à des chimistes floculants qui pourraient aider à affiner davantage ce processus. Elle plante, récolte et extrait le latex du pissenlit TK depuis plus d’une décennie dans l’Ohio et possède une serre pleine de guayule sur le campus de Wooster, dans l’État de l’Ohio, où elle espère un jour construire une usine de transformation de latex à grande échelle.

« Nous travaillons à petite échelle et nous concentrons sur les marchés du latex haut de gamme où vous pouvez fabriquer quelque chose de grande valeur avec un minimum de matériaux afin que nous puissions financer notre expansion », a-t-elle déclaré. « Et en attendant, nous rendons l’extraction plus efficace afin de rendre le matériau propre et pur. »

Ce travail a été soutenu par l’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture.