L'invention concerne un procédé de raffinage du sucre utilisant du dioxyde de carbone obtenu d'un module contenant plusieurs membranes polymères perméables aux gaz. Du gaz de fumée provenant d'une chaudière est purgé, puis transmis à travers le module de séparation de gaz. La sortie du module contient une concentration enrichie de dioxyde de carbone, dans un domaine d'environ 20 % par volume. Le gaz enrichi en dioxyde de carbone est ensuite amené dans un réacteur dans lequel le sucre brut est exposé au dioxyde de carbone afin de provoquer la gazéification, qui constitue une étape essentielle de la décoloration du sucre brut. La chaudière utilisée pour produire le dioxyde de carbone sert également à produire la vapeur qui commande la réaction. Le système selon l'invention fournit ainsi du dioxyde de carbone pour la gazéification de manière très efficace, car la membrane de séparation de gaz ne comporte pas d'éléments mobiles et nécessite donc peu de maintenance. L'invention convient donc tout particulièrement à la modernisation d'usines de raffinage de sucre existantes afin d'améliorer leur efficacité à moindre coût.