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Tout comme le pétrole brut est fractionné en de nombreux produits (carburant, plastiques, produits chimiques…), la bioraffinerie utilise des procédés de séparation des différents constituants des plantes. Par différentes voies de synthèses, ces constituants élémentaires sont ensuite transformés en agrocarburant, bioplastiques, tensioactif...
Les procédés utilisés doivent respecter les principes de la chimie verte, qui vise une chimie durable : limitation des pollutions, réduction des dépenses énergétiques, matière première renouvelable…
La canne à sucre produit une biomasse très importante et demande peu d’intrants : elle est une plante idéale pour servir de base à une bioraffinerie. Elle permet déjà de produire du sucre, débouché alimentaire, mais aussi de l’électricité avec la bagasse, de l’engrais avec l’écume et de l’alcool avec la mélasse. De nouveaux débouchés peuvent être mise en place, en complément des valorisations actuelles.