Des chercheurs coréens du KIER ont démontré qu’il était possible de recycler massivement les déchets plastiques en huile de pyrolyse en détournant intelligemment la technologie du lit fluidisé circulant, une méthode déjà maîtrisée dans les centrales thermiques au charbon.
La pandémie de COVID-19 a entraîné une forte augmentation des déchets plastiques ménagers dans le monde entier. En réaction, les pays du monde entier se concentrent sur les technologies de recyclage, telles que la pyrolyse, pour une gestion des déchets plastiques respectueuse de l’environnement. Récemment, le gouvernement coréen a annoncé son intention de faire passer le volume annuel de déchets plastiques traités par pyrolyse de 10 000 tonnes à 900 000 tonnes d’ici à 2030.
Les limitations des méthodes actuelles
Actuellement, la République de Corée utilise la méthode du four pour la pyrolyse des déchets plastiques. Ce procédé consiste à placer les déchets plastiques dans une chambre cylindrique, à appliquer de la chaleur à l’extérieur et à condenser la vapeur qui en résulte pour produire de l’huile de pyrolyse. Bien que la conception du procédé soit relativement simple, elle se heurte à des limites d’évolutivité, car le transfert de chaleur de l’extérieur vers le centre du cylindre devient de plus en plus difficile au fur et à mesure que la taille de la chambre augmente.
La méthode du four ne peut traiter que 20 tonnes de plastique par jour, ce qui est loin de l’objectif de 900 000 tonnes par an fixé par le gouvernement pour le traitement par pyrolyse. En outre, la méthode du four nécessite un apport continu de chaleur externe et ne peut fonctionner en continu, car le processus doit être interrompu pour traiter les déchets résiduels avant de redémarrer. Ces limitations la rendent inefficace pour des applications à grande échelle.
L’innovation technologique
L’équipe de recherche a mis au point une technologie permettant de recycler les déchets plastiques à l’aide d’un procédé de lit fluidisé circulant (LFC), surmontant ainsi les limites des méthodes conventionnelles. Le procédé CFB est une technologie dans laquelle les vecteurs de chaleur, tels que le sable à haute température, circulent pour permettre un transfert de chaleur continu pendant les réactions. Pour la première fois au niveau mondial, l’équipe a appliqué avec succès le procédé CFB à la pyrolyse des déchets plastiques, permettant à la fois un fonctionnement continu et une évolutivité – des défis clés des procédés existants.
Le cœur du procédé mis au point réside dans la circulation de la chaleur. Dans ce système, les particules de catalyseur chauffées dans le réacteur de combustion sont acheminées vers le réacteur de pyrolyse, où elles transfèrent la chaleur pour faciliter la pyrolyse des déchets plastiques. Après avoir transféré la chaleur, le catalyseur, désormais à une température plus basse, retourne dans le réacteur de combustion avec les déchets résiduels. Les déchets résiduels sont incinérés, ce qui génère de la chaleur pour réchauffer le catalyseur. Le catalyseur réchauffé est ensuite re-circulé dans le réacteur de pyrolyse, maintenant un processus continu de transfert de chaleur et de pyrolyse.
Les résultats et les perspectives
L’équipe de recherche a mené des expériences de pyrolyse sur des déchets plastiques à l’aide de son procédé, en traitant jusqu’à 100 kilogrammes par jour. Ils ont confirmé que le procédé peut pyrolyser non seulement les plastiques, mais aussi les combustibles solides de récupération (CSR) fabriqués à partir de déchets ménagers. Lors du traitement des CSR, le rendement était d’environ 37 %, soit 1,2 fois plus élevé que les méthodes conventionnelles. En outre, la qualité de l’huile de pyrolyse produite s’est considérablement améliorée, avec une teneur de 45 % en fractions légères, soit un quasi-doublement de la qualité par rapport aux procédés existants.
Byungwook Hwang, chercheur principal, a déclaré : « La réalisation la plus importante de cette étude est la conception et le développement d’une technologie capable de traiter en continu les déchets, y compris les déchets plastiques, par pyrolyse ». Il a ajouté : « Cette technologie de pyrolyse de base est tout à fait adaptée à la réalisation des objectifs de la Corée en matière de pyrolyse des déchets plastiques, car elle permet de traiter de grandes quantités de déchets plastiques tout en produisant une huile de pyrolyse de haute qualité. »
*Recyclage par pyrolyse : Le recyclage par pyrolyse est un processus dans lequel des déchets plastiques mélangés sont chauffés dans un environnement à haute température, les décomposant en gaz, en liquide (huile de pyrolyse) et en formes solides. Le liquide obtenu (huile de pyrolyse) est ensuite recyclé comme matière première pour produire de nouveaux plastiques, divers produits chimiques à haute valeur ajoutée (tels que le BTX) et des carburants.
*Combustible solide de récupération (CSR) : un type de combustible manufacturé dérivé des déchets solides municipaux (DSM) tels que les résines synthétiques, le caoutchouc et le bois, conçu pour être utilisé dans les centrales électriques et d’autres installations. L’élimination incorrecte du SRF peut entraîner une pollution de l’environnement, ce qui souligne l’importance des méthodes de recyclage respectueuses de l’environnement.
*Teneur en fraction légère : La proportion d’hydrocarbures légers (C5-C12) dans l’huile de pyrolyse, qui sont des composants essentiels pour la production de carburants et de produits chimiques de haute qualité. Il s’agit d’un indicateur clé de l’efficacité de la pyrolyse et de la qualité du produit, une teneur plus élevée signifiant une huile de pyrolyse de qualité supérieure convenant à diverses applications industrielles.
Légende illustration : L’huile de pyrolyse produite à l’aide du procédé mis au point. Crédit : KIER
Article : ‘Development of a circulating fluidized bed for a 100 kg/day waste plastic pyrolysis-combustion system’ / ( 10.1016/j.cej.2024.156257 ) – National Research Council of Science & Technology – Publication dans la revue Chemical Engineering Journal
