Les masques faciaux, les sacs d’épicerie et les emballages alimentaires usagés contiennent beaucoup de matières premières potentiellement utiles. Mais il a été beaucoup moins coûteux de continuer à produire davantage de ces plastiques à usage unique que de les récupérer et de les recycler.
Aujourd’hui, une équipe de recherche internationale dirigée par le Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l’énergie a déchiffré le code qui a entravé les précédentes tentatives de décomposition de ces plastiques persistants. Ils ont fait part de leur découverte dans le numéro de Science d’aujourd’hui.
Basse température et contrôle de la réaction
En général, le recyclage des plastiques nécessite de « craquer » ou de séparer les liaisons solides et stables qui les rendent si persistants dans l’environnement. Cette étape de craquage nécessite des températures élevées, ce qui la rend coûteuse et énergivore.
La nouveauté ici est de combiner l’étape de craquage avec une seconde étape de réaction qui complète immédiatement la conversion en un carburant liquide de type essence sans sous-produits indésirables. La deuxième étape de réaction met en œuvre ce que l’on appelle des catalyseurs d’alkylation. Ces catalyseurs produisent une réaction chimique actuellement utilisée par l’industrie pétrolière pour améliorer l’indice d’octane de l’essence.
Dans l’étude actuelle, la réaction d’alkylation suit immédiatement l’étape de craquage dans une seule cuve de réaction, à température ambiante (70 degrés C).
« Si l’on craque simplement pour rompre les liaisons, celles-ci en forment d’autres de manière incontrôlée, ce qui pose problème dans d’autres approches« , a déclaré Oliver Y. Gutiérrez, auteur de l’étude et chimiste au PNNL. « La formule secrète ici est que lorsque vous brisez une liaison dans notre système, vous en créez immédiatement une autre de manière ciblée qui vous donne le produit final que vous voulez. C’est également le secret qui permet cette conversion à basse température.«
Dans leur étude, l’équipe de recherche, codirigée par des scientifiques de l’Université technique de Munich, en Allemagne, a souligné les développements distincts et récents de l’industrie pétrolière pour commercialiser la deuxième partie du processus rapporté ici pour le traitement du pétrole brut.
« Le fait que l’industrie ait réussi à déployer ces nouveaux catalyseurs d’alkylation démontre leur nature stable et robuste« , a déclaré Johannes Lercher, auteur principal de l’étude, directeur de l’Institut de catalyse intégrée du PNNL et professeur de chimie à la TUM. Cette étude met en évidence une nouvelle solution pratique pour fermer le cycle du carbone pour les déchets plastiques qui est plus proche de la mise en œuvre que de nombreuses autres proposées. »
Dans leur étude, les chercheurs notent une limitation de leurs résultats. Le procédé fonctionne pour les produits en polyéthylène basse densité (PEBD, code de résine plastique n° 4), tels que les films plastiques et les bouteilles compressibles, et les produits en polypropylène (PP, code de résine plastique n° 5) qui ne sont généralement pas collectés dans le cadre des programmes de recyclage en bordure de trottoir aux États-Unis. Le polyéthylène haute densité (HPDE, code de résine plastique n° 2) nécessiterait un prétraitement pour permettre au catalyseur d’accéder aux liaisons qu’il doit rompre.
Considérer les déchets plastiques comme un futur carburant et de nouveaux produits
Les déchets plastiques issus du pétrole constituent une ressource inexploitée qui peut servir de matière première pour la fabrication de matériaux durables utiles et de carburants. Plus de la moitié des 360 millions de tonnes de plastique produites chaque année dans le monde sont les plastiques visés par cette étude. Mais pour voir la valeur d’une montagne de plastique, il faut avoir l’esprit d’un innovateur, l’ingéniosité d’un chimiste et une compréhension réaliste de l’économie en jeu. Ces scientifiques tentent de changer la dynamique en appliquant leur expertise à la rupture efficace des liaisons chimiques.
« Pour résoudre le problème des déchets plastiques persistants, nous devons atteindre un point critique où il est plus logique de les collecter et de les remettre en service que de les traiter comme des produits jetables« , a déclaré M. Lercher. « Nous avons montré ici que nous pouvons effectuer cette conversion rapidement, dans des conditions douces, ce qui constitue l’une des incitations à progresser vers ce point de basculement.«
Cette étude de recherche, publiée le 24 février 2023, a été soutenue par le Department of Energy Office of Science.
Légende : Une nouvelle méthode pour convertir les déchets plastiques de faible densité en carburant et en matières premières promet de contribuer à fermer le cycle du carbone.
Crédit : Art de Melanie Hess-Robinson | Pacific Northwest National Laboratory
