L’objectif de cette étude est de proposer une stratégie d’éco-conception pour les procédés biotechnologiques intégrant l’évaluation environnementale et la performance technique, en utilisant la production d’acétate d’éthyle comme étude de cas.
Ce travail développe un cadre intégré combinant l’ingénierie des systèmes de procédés, l’analyse du cycle de vie (ACV) et l’analyse technico-économique pour l’évaluation durable et l’optimisation des systèmes de production d’acétate d’éthyle. Le cadre repose sur une simulation détaillée des procédés dans ProSimPlus® afin de générer des données d’inventaire cohérentes à l’échelle industrielle, ensuite utilisées pour les évaluations environnementales et économiques. En reliant la modélisation des procédés à l’évaluation de la durabilité, l’approche proposée permet une analyse intégrée des performances au niveau du produit, du procédé et du système, tout en soutenant l’éco-analyse, l’éco-conception et la prise de décision.
Un modèle de filtration a été développé et intégré dans ProSimPlus® afin de simuler l’influence des conditions opératoires (pression et taux de cisaillement) sur les indicateurs de performance de filtration, notamment le flux de perméat et le taux de rétention. Les données d’inventaire obtenues ont ensuite été importées dans SimaPro® Developer afin d’évaluer l’impact environnemental associé à chaque condition opératoire. Cette approche a permis d’identifier les points critiques environnementaux liés à l’unité de filtration ainsi qu’à l’étape de nettoyage, contribuant ainsi à l’optimisation des procédés de concentration d’extraits de châtaignier. Une méthodologie similaire a également été appliquée à l’étape de transformation microbienne.
La méthodologie développée a ensuite été appliquée à la séquence des opérations unitaires impliquées dans la production d’acétate d’éthyle, incluant le bioréacteur, la filtration membranaire et la pervaporation, afin d’évaluer l’influence des conditions opératoires sur les performances environnementales et économiques. L’analyse a permis d’identifier les opérations unitaires critiques, les principaux contributeurs aux impacts environnementaux ainsi que les paramètres opératoires ayant la plus grande influence sur la durabilité globale du procédé.
Dans l’ensemble, le cadre proposé constitue un outil robuste d’aide à la décision pour la conception, l’évaluation et l’optimisation de systèmes de production et de chaînes d’approvisionnement d’acétate d’éthyle plus durables. De plus, cette méthodologie peut être étendue à d’autres bioprocédés et applications industrielles afin de soutenir la transition vers des pratiques de fabrication plus durables et respectueuses de l’environnement.
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The objective of this study is to propose an eco-design strategy for biotechnological processes that integrates environmental assessment with technical performance, using ethyl acetate (EA) production as a case study.
This work develops an integrated framework that combines Process Systems Engineering (PSE), Life Cycle Assessment (LCA), and techno-economic analysis (TEA) for the sustainable evaluation and optimization of ethyl acetate production systems. The framework relies on detailed process simulation in ProSimPlus® to generate consistent industrial-scale inventory data, which are subsequently used for environmental and economic assessments. By linking process modeling with sustainability evaluation, the proposed approach enables the integrated analysis of product, process, and system-level performance while supporting enhanced eco-analysis, eco-design, and decision-making.
A filtration model was developed and integrated into ProSimPlus® to simulate the influence of operating conditions (pressure and shear rate) on the filtration performances indicators (permeate flux and rejection rate). The resulting inventory data were then imported into SimaPro® Developer to evaluate the environmental impact for each operating condition. This approach enabled the identification of environmental hotspots related to both the filtration unit operation and the cleaning step, thereby supporting the optimization of chestnut extract concentration processes. A similar methodology was also applied to the microbial transformation stage.
The developed methodology was subsequently applied to the sequence of unit operations involved in EA production, including the bioreactor, membrane filtration, and pervaporation, in order to evaluate the influence of operating conditions on both environmental and economic performance. The analysis identified the critical unit operations, the main contributors to environmental impact, and the operating parameters with the greatest influence on the overall sustainability of the process.
Overall, the proposed framework provides a robust decision-support tool for the design, evaluation, and optimization of more sustainable ethyl acetate production systems and supply chains. Furthermore, the methodology can be extended to other bioprocesses and industrial applications to support the transition toward more sustainable and environmentally responsible manufacturing practices.
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