Une méthode innovante sépare le cuivre du PVC sans dommage environnemental

La demande en produits électroniques a entraîné une augmentation significative des déchets électroniques. En 2022, environ 62 millions de tonnes de déchets électroniques ont été générées, soit une augmentation de 82 % par rapport à 2010. Les projections indiquent que ce chiffre pourrait atteindre 82 millions de tonnes d’ici 2030.

Les déchets électroniques contiennent des matériaux précieux tels que des métaux, des semi-conducteurs et des éléments rares qui peuvent être réutilisés. Toutefois, en 2022, seuls 22,3 % des déchets électroniques ont été correctement collectés et recyclés, tandis que les matériaux restants, dont la valeur est estimée à près de 62 milliards de dollars, ont été mis en décharge. Bien que les efforts pour améliorer le recyclage des déchets électroniques se poursuivent, le processus reste laborieux et une part importante des déchets électroniques est exportée vers les pays en développement, où la main-d’œuvre bon marché favorise les pratiques de recyclage informelles faisant appel à des produits chimiques dangereux.

Dans une étude, des chercheurs de l’Université Sophia au Japon et de l’Università di Pavia en Italie ont mis au point une nouvelle méthode de pyrolyse induite par micro-ondes qui offre un moyen abordable et efficace de recycler les câbles électriques. La méthode carbonise l’isolation en PVC et expose le fil de cuivre sans l’endommager, ce qui permet une récupération facile sans générer de sous-produits hautement toxiques.

« Les câbles VVF sont couramment utilisés comme câbles d’alimentation dans les maisons et les bâtiments et ont une valeur de réutilisation élevée parmi les déchets électroniques. Notre méthode convient au recyclage et à la récupération des déchets électroniques contenant des métaux et ne nécessite aucun prétraitement pour séparer les plastiques des métaux », explique le professeur Satoshi Horikoshi de l’université de Sophia, l’un des principaux auteurs de l’étude.

Les chercheurs ont placé dans un réacteur en verre des câbles électriques bifilaires en fibre optique contenant deux fils de cuivre recouverts d’une isolation en PVC et les ont exposés à des rayonnements micro-ondes de 100, 200 et 300 W. De l’azote a été introduit dans le réacteur pour éviter toute combustion pendant le processus de pyrolyse. Les chercheurs ont testé un câble VVF standard de 54 cm et ont coupé des morceaux de différentes longueurs (1 cm, 6 cm, 9 cm, 12 cm et 18 cm).

Il est intéressant de noter que l’efficacité de la pyrolyse varie en fonction de la longueur du câble par rapport à la longueur d’onde des micro-ondes, qui est d’environ 12,24 cm à une fréquence de 2,45 GHz. La pyrolyse était plus efficace dans les câbles dont les longueurs correspondaient à des fractions spécifiques de la longueur d’onde. Les câbles de 9 cm (environ 3/4 de la longueur d’onde) et de 18 cm (plus longs que la longueur d’onde) ont commencé à se pyrolyser après 60 secondes à 100 W. En revanche, les câbles plus courts comme celui de 3 cm (environ 1/4 de la longueur d’onde) ont eu besoin d’une puissance plus élevée (200 W) pour commencer la pyrolyse. D’autres longueurs, telles que 1 cm, 6 cm et 12 cm (longueurs d’onde entières ou presque entières), n’ont montré aucune pyrolyse, même à 300 W.

Les plastiques eux-mêmes n’absorbent pas les micro-ondes, mais les câbles de 9 et 18 cm ont subi une pyrolyse pour plusieurs raisons. Premièrement, à ces longueurs, les fils de cuivre ont agi comme des antennes, absorbant le rayonnement des micro-ondes et créant des décharges d’arc électrique qui ont chauffé le PVC sans faire fondre le cuivre. Deuxièmement, le champ électrique était plus fort et concentré aux extrémités et au centre de ces fils. Le fil de 9 cm avait une intensité de champ électrique environ deux fois supérieure à celle du fil de 3 cm, ce qui entraînait un chauffage plus rapide et plus localisé. Troisièmement, à mesure que le PVC se réchauffait et se carbonisait, il absorbait mieux les micro-ondes, ce qui accélérait encore le processus de pyrolyse.

Au cours du processus de pyrolyse, l’isolation en PVC a subi une dichlorination et une carbonisation rapides, ce qui a permis d’éviter la formation de sous-produits nocifs tels que le goudron, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les dioxines. « Le chlore peut être recyclé sous forme d’acide chlorhydrique ; le carbone et le charbon actif produits peuvent être récupérés sous forme de noir de carbone », explique le professeur Horikoshi.

Les micro-ondes étant capables de chauffer et de décomposer des fils plus longs que leur longueur d’onde, le câble VVF de 54 cm a été complètement pyrolysé en seulement 12 minutes sous un rayonnement de 300 W, laissant le fil de cuivre intact et non endommagé.

À l’heure actuelle, seuls 35 % environ des isolants en PVC sont recyclés. Cette méthode de pyrolyse assistée par micro-ondes offre un moyen plus efficace et moins laborieux de récupérer les fils de cuivre des câbles en PVC, améliorant ainsi le processus de recyclage et s’attaquant au problème croissant des déchets électroniques.

Grâce à cette avancée, le recyclage des déchets électroniques pourrait devenir plus propre, plus rapide et beaucoup plus durable, transformant les déchets d’aujourd’hui en trésors de demain.

Légende illustration : crédit IA Grok

Article : « Recycling of e-waste power cables using microwave-induced pyrolysis – process characteristics and facile recovery of copper metal » – DOI: 10.1039/d4ra05602g . Auteurs : Satoshi Horikoshi, Naoki Hachisuga, Nick Serpone

Source : U. Sophia