Et si vous pouviez résoudre deux des plus grands problèmes de la Terre en un seul coup ? Les ingénieurs de l’UC Riverside ont mis au point un moyen de recycler les déchets plastiques, tels que les bouteilles de soda ou d’eau, en un nanomatériau utile pour le stockage de l’énergie.
Mihri et Cengiz Ozkan et leurs étudiants travaillent depuis des années à la création de matériaux de stockage d’énergie améliorés à partir de sources durables, comme les bouteilles en verre, le sable de plage, le Silly Putty et les champignons portabella. Leur dernier succès pourrait réduire la pollution des plastiques et accélérer le passage à une énergie 100 % propre.
« Trente pour cent du parc automobile mondial devrait être électrique d’ici 2040, et le coût élevé des matières premières des batteries est un défi« , a déclaré Mihri Ozkan, professeur d’ingénierie électrique à l’école d’ingénieurs Marlan et Rosemary Bourns de l’UCR. « L’utilisation des déchets provenant des décharges et le recyclage des bouteilles en plastique pourraient réduire le coût total des piles tout en rendant la production de piles durable, en plus d’éliminer la pollution plastique dans le monde entier ».
Dans un article en libre accès publié dans Energy Storage, les chercheurs décrivent un processus simple et durable de recyclage des déchets plastiques de polyéthylène téréphtalate, ou PET, que l’on trouve dans les bouteilles de soda et de nombreux autres produits de consommation, en une nanostructure poreuse de carbone.
Ils ont d’abord dissous des morceaux de bouteilles en plastique PET dans un solvant. Puis, à l’aide d’un procédé appelé électrofilage, ils ont fabriqué des fibres microscopiques à partir du polymère et ont carbonisé les fils de plastique dans un four. Après mélange avec un liant et un agent conducteur, le matériau a ensuite été séché et assemblé en un supercondensateur électrique à double couche dans un format de type pile à monnaie.
Lorsqu’il a été testé dans le supercondensateur, le matériau présentait les caractéristiques d’un condensateur à double couche formé par l’agencement de charges ioniques et électroniques séparées, ainsi que la pseudo-capacité de réaction d’oxydoréduction qui se produit lorsque les ions sont absorbés électrochimiquement sur les surfaces des matériaux.
Bien qu’ils ne stockent pas autant d’énergie que les batteries lithium-ion, ces supercondensateurs peuvent se charger beaucoup plus rapidement, ce qui fait des batteries à base de déchets plastiques une bonne option pour de nombreuses applications.
En « dopant » les fibres électrofilées avant la carbonisation avec divers produits chimiques et minéraux tels que le bore, l’azote et le phosphore, l’équipe prévoit de régler le matériau final pour qu’il ait des propriétés électriques améliorées.
« À l’UCR, nous avons fait les premiers pas vers le recyclage des déchets plastiques en un dispositif de stockage d’énergie rechargeable« , a déclaré Arash Mirjalili, étudiant en doctorat et premier auteur. « Nous pensons que ce travail présente des avantages environnementaux et économiques et que notre approche peut offrir des opportunités pour la recherche et le développement futurs« .
Les auteurs estiment que le processus est évolutif et commercialisable, et qu’il représente un progrès majeur pour éviter que les déchets de PET ne se retrouvent dans les décharges et les océans.
« Le recyclage des déchets de plastique PET pour des applications de stockage d’énergie pourrait être considéré comme le Saint Graal de la fabrication écologique de matériaux d’électrodes à partir de sources de déchets durables« , a déclaré le professeur de génie mécanique Cengiz Ozkan. « Cette démonstration d’une nouvelle classe d’électrodes dans la fabrication de supercondensateurs sera suivie par une nouvelle génération de batteries Li-ion dans le futur, alors restez à l’écoute« .
Je ne crois simplement pas que des déchets plastiques à composition hautement variable et contenant aléatoirement des impuretés aussi polluante pour le plastique que des polymères variés comme le polyéthylène ou le polypropylène ou encore le polycarbonate puissent servir de couche diélectrique pour la fabrication de condensateurs et à fortiori de super-condensateurs.
Cette « invention » finira, comme toutes les autres super-idées fondées sur l’utilisation de déchets pour des applications fines, dans la poubelle de l’histoire des technologies…