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Parmi les plus gros déchets générés par l’agriculture figurent ceux provenant des plants de riz, en particulier des cosses qui entourent les grains, appelées balles de riz. Ces dernières sont le principal sous-produit, ou résidu, de l’industrie de la minoterie du riz. La production mondiale de cette céréale est estimée à près d’un milliard de tonnes par an, générant lors de l’étape de mouture, 170 millions de tonnes par an de balle de riz.
La cosse de riz a toujours été connue comme matière non comestible, exploitée pour la production de l’énergie, pour la fabrication de planches et d’isolants. Mais actuellement, cette substance peut également être ajoutée dans les produits destinés à l’alimentation humaine, notamment en tant qu’antiagglomérant naturel.
La cosse de riz est le produit dérivé de la décortication des grains. Elle a été longtemps jugée comme non comestible. Mais actuellement, elle peut jouer des rôles technologiques dans le domaine des aliments transformés (antiagglomérant, agent d’écoulement, diluant, agent d’absorption d’huile).
Voyons comment ce déchet agricole est transformé et utilisé dans divers domaines.
La balle de riz séchée est constituée d’environ 15 à 28 % de silice, de 72 à 85 % de lignocellulose - un mélange de matière organique -, d’environ 4 % de protéines, ainsi que de 0,6 à 2,6 % de minéraux (potassium, calcium, manganèse, magnésium, fer, sodium, aluminium, phosphore ou encore de soufre). Si la composition de ces balles évolue selon les espèces de riz, certaines teneurs changent également en fonction de la nature des sols et du climat.
Loin devant d’autres cosses, comme celle du blé, ou d’autres parties de la plante de riz, la balle de riz est le déchet de biomasse qui contient la plus grande quantité de silice avec environ 210 g de silice par kilo de cosse. Principal constituant inorganique de ce type de balle, la silice est extraite du sol par les plants de riz, puis stockée sous forme de petites particules de 50 nanomètres (des milliardièmes de mètres).
Ces particules sont alors reliées entre elles par des fibres de cellulose - un composant de la lignocellulose -, dans la partie externe de la cosse. L’objectif est de protéger les grains de riz des agents extérieurs, que ce soit des conditions climatiques défavorables, des parasites ou d’autres agents pathogènes.
En raison de sa haute silice et la teneur en lignine, cosse de riz est dure, ligneuse et abrasifs dans la nature avec des propriétés nutritives faibles et résistance aux intempéries.
Certains scientifiques se sont ensuite intéressés à son apport en silice naturelle et à la possibilité d’une utilisation dans les aliments transformés. En effet, la silice du sol est absorbée par le plant de riz, et s’accumule dans les cosses. Dans l’industrie agroalimentaire, elle est jusqu’à maintenant représentée par la marque déposée Nu-FLOW®.
Nu-FLOW® est une poudre fine de couleur bronzé clair, issue du broyage de cosses préalablement stérilisées à la vapeur. Il s’agit d’une alternative naturelle ou biologique aux antiagglomérants synthétiques. Elle pourrait remplacer le phosphate tricalcique, le dioxyde de silicium (SiO2), le stéarate de magnésium, le talc, etc. Elle peut être certifiée biologique, et donc utilisable dans les produits bio.
La cosse de riz (Nu-FLOW®) se présente comme un ingrédient alimentaire inoffensif. Naturelle, Halal, Casher, Vegan, sans gluten, certifiée bio, elle est adaptée à tous les régimes. Mais par principe de prudence, il serait toujours conseillé de contrôler la consommation d’aliments ultra-transformés.
Nu-FLOW® est proposée par la société RIBUS. Elle est produite naturellement, et peut être certifiée bio. Sa fabrication suit les normes du Codex Alimentarius pour les additifs alimentaires, ainsi que les réglementations de la Commission européenne pour une utilisation en tant que fibre de riz. Nu-FLOW® est constituée de 18 à 20 % de silice et d’environ 70 % de fibres insolubles qui seraient imprégnées de silice. C’est une bonne alternative à l’utilisation du dioxyde de silicium synthétique ou de tout autre antiagglomérant.
La cosse de riz Nu-FLOW® serait conforme aux normes alimentaires internationales établies par le Codex Alimentarius et aux exigences européennes pour les fibres de riz. Mais l’UE attend un rapport détaillé pour valider définitivement ce produit sur le sol européen.
Aux Etats-Unis, il est autorisé dans les produits bio seulement s’il est utilisé comme anti-mousse.
Il s’avère que sa consommation contribue majoritairement à l’exposition à l’arsenic toxique pour l’homme. La réponse est non. L’arsenic inorganique provenant du sol et de l’eau souterraine se concentrerait dans les grains. Les cosses, qui sont riches en silice seraient moins sensibles à l’invasion de ce métal toxique. Au contraire, elles contribuent à lutter contre la pollution du sol aux métaux lourds.
Cette silice, présente en grande quantité dans la balle de riz, pourrait être utilisée comme matière première pour différents usages. Son accessibilité et son abondance ont conduit de nombreux chercheurs à étudier les moyens les plus économiques, écologiques et simples d’extraire une silice de haute pureté de ces cosses.
Lors de la calcination, la balle de riz est soumise à de hautes températures allant de 600 à 700 °C en présence d’oxygène. Ce dernier agit comme un agent oxydant venant consommer les cosses, qui, servant de combustible, finissent par être dégradées en dioxyde de carbone (CO2) en laissant derrière elles des cendres. Si aucun traitement n’est appliqué à la balle de riz avant la calcination, les cendres obtenues sont des silices de faible pureté, non poreuses, parfois en partie cristallisées - à cause de la présence des minéraux.
Grâce à un traitement chimique acide de la balle de riz, permettant de les éliminer, il est possible d’obtenir une silice de haute pureté après calcination. Cette dernière est poreuse et les particules qui la composent ressemblent à des framboises. Le type de traitement acide ainsi que les conditions de température et de vitesses de chauffage du procédé ont une influence sur la pureté, la couleur, ainsi que sur la porosité de la silice récupérée.
La pyrolyse est un processus thermochimique qui consiste en la dégradation de la lignocellulose, présente dans la biomasse et décrite comme polymère pour sa formation en grandes chaînes de grosses molécules. Son recours permet d’obtenir les trois états de la matière: les cendres (solide), la bio-huile composée d’un mélange d’eau et d’huile organique (liquide) et enfin les gaz non condensables (gazeux).
Le procédé peut être utilisé pour valoriser la balle de riz, et notamment les cendres de pyrolyse de ces cosses, composées de silice et de carbone. Après calcination (sous oxygène) de ces mêmes cendres, et si les balles de riz ont été préalablement traitées à l’acide, il est possible de récupérer une silice de haute pureté et légèrement plus poreuse que celle produite par calcination directe.
Les bio-huiles contiennent plusieurs espèces réactives à la fois liquides et gazeuses, en d’autres termes des molécules qui peuvent être consommées pour générer de l’énergie. Également connues industriellement sous le nom de goudron, elles présentent néanmoins quelques différences avec celui-ci. Leur usage devient très intéressant car elles pourraient constituer un substitut potentiel à ce type d’énergie non renouvelable, notamment sous forme de biocarburant.
18 % de la cosse de riz peut être récupéré comme cendres après le procédé de gazéification. Teneur en cendres silice est près de 90 % et le taux de récupération de silice précipitée est 90-95 % de la cendre de balle de riz, si l’efficacité de la conversion est supérieure à 70 %.
Avec le souci de l’environnement de plus en plus, le brûlage à ciel ouvert a été interdite dans beaucoup de grands pays producteurs de riz. Production de silice précipitée donc non seulement apporter de valeur ajoutée mais aussi résoudre le problème de la grande quantité d’immersion de cendres produite du procédé de gazéification.
La silice est un matériau aux caractéristiques très attractives pour des applications multiples. Pur, c’est un ingrédient qui entre dans la composition du ciment, dans la formulation des dentifrices ou encore dans celle des polymères, comme les pneumatiques où il renforce leur tenue mécanique.
La silice sert aussi de support pour des catalyseurs ou des biocatalyseurs - comme les enzymes - : des substances dont le rôle est d’augmenter la vitesse de réaction d’un processus sans pour autant être consommées. Elle peut également servir à la fabrication de nombreux matériaux, comme les zéolithes, des minéraux largement utilisés dans la fabrication de catalyseur pour le raffinage du pétrole ou des biocarburants, et dans des processus d’adsorption, séparant des gaz de l’air en fixant ceux-ci à sa surface.
Enfin, la silice peut aussi être un vecteur de médicaments en nanomédecine, ou encore servir à la dépollution des eaux.
Ces champs d’application sont assurés par des composés chimiques présents à la surface de ce matériau, appelés silanols. Ces composés sont définis comme des groupes dits « fonctionnels », car ils permettent de donner des capacités - ou fonctions - aux matériaux sur lesquels ils sont présents, notamment en y attachant d’autres groupes chimiques ou molécules.
Cette particularité présente de nombreux intérêts dans le cas de la silice car il est ainsi possible d’augmenter l’affinité du matériau envers des éléments spécifiques (tels que des métaux), d’autres molécules (comme des protéines), ou encore de produire des catalyseurs ou adsorbants spécifiques. La présence des silanols lui offre naturellement une affinité pour les composés hydrophiles, autrement dit, elle a une attirance pour les molécules qui aiment l’eau.
En effet, une fois dans l’eau, les silanols perdent un proton. La silice porte alors une charge négative, ce qui la rend très attractive pour piéger des molécules hydrophiles chargées positive- ment. Cette capacité à piéger des molécules à charge positive est due à la combinaison de la présence de ces silanols et de la nature poreuse de la silice.
On dit que la surface est mésoporeuse car les pores, les petits trous à sa surface, mesurent entre 2 et 50 nanomètres de diamètre. Grâce à leur forme en petits entonnoirs, profonds de 5 à 15 nanomètres, ils peuvent y garder piégées des molécules qui, attirées par les silanols, y auraient pénétré. Selon l’usage visé, il est d’ailleurs possible de jouer sur leur taille pour en attraper des molé- cules plus ou moins grosses.
De nombreux contaminants que l’on retrouve dans l’eau polluée, comme des molécules pharmaceutiques, des pesticides ou encore certains métaux, sont eux-mêmes hydrophiles ce qui les rend ainsi susceptibles de se retrouver pris au piège dans la silice.
L’affinité de la silice pour certains polluants, notamment les métaux, pourrait encore être augmentée par l’ajout de groupes fonctionnels spécifiques à sa surface privilégiant une attirance vis-à-vis d’eux. Dans le cadre de l’élimination des métaux, l’affinité de la silice pour les composés chargés positivement est cruciale.
Les effluents industriels, en particulier ceux issus de processus tels que la fabrication de batteries, contiennent souvent des métaux précieux. Leur valorisation, en utilisant la silice comme adsorbant, présente une opportunité d’évoluer vers une économie circulaire. Ceux de la famille des terres rares, connus pour leur utilisation dans diverses applications de haute technologie comme les écrans, les batteries ou encore les disques durs, sont souvent difficiles à obtenir et à extraire.
Par conséquent, la capacité à récupérer ces métaux à partir des déchets industriels répond non seulement aux préoccupations environnementales, mais contribue également à la durabilité des ressources.En résumé, l’affinité de la silice pour les composés hydrophiles chargés positivement offre une méthode polyvalente et efficace pour purifier l’eau.
De plus, la récupération des métaux précieux à partir des effluents industriels pourrait améliorer considérablement les méthodes actuelles de traitement de l’eau et contribuer aux efforts de conservation de l’environnement et de récupération des ressources.
La silice n’est pas un nouveau produit sur le marché de matières plastiques. Son utilisation comme extendeurs et de charges qui se renforcent, matériaux pouzzolanique et microsphères de verre pour les applications d’ingénierie spécifiques sont bien connus sur le marché.
La paille de riz est un sous-produit de la culture du riz. C'est essentiellement la tige qui reste après que le grain de riz a été récolté. Objet écologique personnalisé en paille de riz, voici la solution parfaite pour véhiculer une image responsable et durable de votre entreprise.
La paille de riz est l'une des ressources agricoles qui peut être utilisée pour produire des bioplastiques, offrant une alternative renouvelable aux plastiques à base de pétrole. La production de bioplastiques à partir de paille de riz implique généralement la transformation des fibres de cellulose contenues dans la paille en un polymère qui peut ensuite être moulé en divers produits. Les bioplastiques produits peuvent avoir des propriétés similaires à celles des plastiques traditionnels, tels que la résistance et la flexibilité, tout en étant biodégradables et compostables.
En utilisant ce sous-produit de l'agriculture, nous pouvons réduire notre dépendance aux combustibles fossiles pour la production de plastiques. La production de bioplastiques à partir de paille de riz aide à valoriser ce qui serait autrement considéré comme un déchet, contribuant ainsi à une économie plus circulaire. Les bioplastiques à base de paille de riz sont généralement biodégradables et compostables, ce qui signifie qu'ils se décomposeront dans l'environnement beaucoup plus rapidement que les plastiques traditionnels.
Cependant, il convient de noter que, bien que les bioplastiques à base de paille de riz soient plus respectueux de l'environnement que leurs homologues en plastique traditionnel, ils ont encore un impact environnemental. La transformation de la paille de riz en bioplastiques nécessite de l'énergie, et ces produits peuvent encore contribuer à la pollution s'ils ne sont pas correctement compostés. En outre, comme avec la paille de blé, les produits à base de paille de riz peuvent ne pas être aussi résistants ou durables que leurs homologues en plastique traditionnel, ce qui peut limiter leur utilité dans certaines applications.
Malgré ces défis, l'utilisation de la paille de riz pour produire des bioplastiques est un domaine de recherche prometteur qui pourrait aider à réduire notre impact environnemental et à développer une économie plus durable et circulaire.
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Questions fréquentes sur la paille de riz
Pour mieux comprendre l'importance de la cosse de riz, il est utile de connaître les étapes de transformation du riz :
Il est important de noter que les polissures de riz, issues du polissage, contiennent plus de matières azotées totales que les farines basses, ce qui leur confère une valeur énergétique élevée. Cependant, elles rancissent facilement.
La silice est le principal constituant de la cendre de paille de riz. La silice n’est pas un nouveau produit sur le marché de matières plastiques. Son utilisation comme extendeurs et de charges qui se renforcent, matériaux pouzzolanique et microsphères de verre pour les applications d’ingénierie spécifiques sont bien connus sur le marché.
Avec le souci de l’environnement de plus en plus, le brûlage à ciel ouvert a été interdite dans beaucoup de grands pays producteurs de riz. Production de silice précipitée donc non seulement apporter de valeur ajoutée mais aussi résoudre le problème de la grande quantité d’immersion de cendres produite du procédé de gazéification.
| Utilisation | Description | Avantages |
|---|---|---|
| Alimentation humaine | Antiagglomérant naturel (Nu-FLOW®) | Alternative biologique aux antiagglomérants synthétiques |
| Production de silice | Extraction de silice pour diverses applications | Matière première abondante et accessible |
| Bioplastiques | Fabrication de bioplastiques à partir de paille de riz | Alternative renouvelable aux plastiques traditionnels |
| Traitement de l'eau | Adsorbant pour purifier l'eau et récupérer des métaux précieux | Méthode polyvalente et efficace |
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