La gestion des déchets plastiques représente un défi environnemental majeur pour notre société. Les scientifiques explorent activement de nouvelles méthodes de recyclage visant à transformer une part importante de ces déchets en produits de haute qualité, dans l’optique d’établir une véritable économie circulaire.
Le recyclage mécanique, méthode actuellement prédominante, présente des limites en termes de qualité des produits obtenus. Face à cette problématique, le recyclage chimique émerge comme une solution novatrice. L’approche utilisée ici consiste à décomposer les longues chaînes moléculaires des plastiques (polymères) en leurs composants de base (monomères), permettant ainsi la création de nouveaux plastiques de haute qualité.
L’intérêt pour le recyclage chimique s’accroît, avec un accent particulier mis sur la transformation des longues chaînes polymères en molécules à chaîne plus courte. Ces dernières peuvent être utilisées comme carburants liquides ou lubrifiants, offrant une seconde vie aux déchets plastiques sous forme d’essence, de carburant pour avions ou d’huile moteur.
Avancées scientifiques à l’ETH Zurich
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont établi des bases importantes pour le développement de ce processus. Leurs travaux permettront à la communauté scientifique mondiale d’optimiser ses efforts en matière de recyclage.
L’équipe dirigée par le Professeur Javier Pérez-Ramírez, spécialiste en ingénierie catalytique, a étudié la décomposition du polyéthylène et du polypropylène à l’aide d’hydrogène. Le processus débute par la fusion du plastique dans un réservoir en acier, suivi de l’introduction d’hydrogène gazeux. L’ajout d’un catalyseur en poudre contenant des métaux tels que le ruthénium constitue une étape déterminante.
Antonio José Martín, chercheur dans l’équipe de Pérez-Ramírez, a précisé : «Le plastique fondu est mille fois plus épais que le miel. L’élément clé réside dans la manière de l’agiter dans le réservoir pour assurer un mélange optimal du catalyseur en poudre et de l’hydrogène.»
Optimisation du processus de mélange
Les expériences et simulations informatiques menées par l’équipe ont démontré que le plastique est mieux mélangé à l’aide d’un agitateur à pales parallèles à l’axe. Cette configuration assure une homogénéité supérieure et réduit les tourbillons par rapport à une hélice à pales inclinées ou un agitateur en forme de turbine.
La vitesse d’agitation joue également un rôle crucial. Elle doit être ni trop lente ni trop rapide, avec une vitesse idéale avoisinant les 1 000 tours par minute.
L’équipe de recherche a réussi à développer une formule mathématique décrivant l’intégralité du processus de recyclage chimique avec tous ses paramètres. Le Professeur Pérez-Ramírez a souligné : «C’est le rêve de tout ingénieur chimiste d’avoir une telle formule à disposition pour son processus.»
Cette avancée permettra aux scientifiques du domaine de calculer précisément l’effet de la géométrie et de la vitesse de l’agitateur. Les futures expériences pourront ainsi se concentrer sur la comparaison directe de différents catalyseurs, l’influence du mélange étant maîtrisée.
De plus, les principes développés ici sont essentiels pour le passage de la technologie du laboratoire aux grandes usines de recyclage. Antonio José Martín a conclu : «Pour l’instant, notre priorité demeure la recherche de meilleurs catalyseurs pour le recyclage chimique des plastiques.»
Légende illustration : La plupart des bouchons de bouteilles de boisson sont fabriqués en polypropylène. Avec le polyéthylène, ils représentent 60 % de l’ensemble des déchets plastiques. (Image : Shibashish Jaydev / ETH Zurich)
Article : ‘Assessment of transport phenomena in catalyst effectiveness for chemical polyolefin recycling.’ / ( 10.1038/s44286-024-00108-3 ) – ETH Zurich – Publication dans la revue Nature Chemical Engineering
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