Des chercheurs de l’Université d’État du Colorado ont mis au point un procédé pour transformer le dioxyde de carbone naturel et très stable en matériaux recyclables et hautes performances qui pourraient remplacer les plastiques actuels dans de nombreuses situations.
Leur procédé catalytique, décrit dans la revue Nature, est une autre étape vers une économie circulaire qui réduit les déchets plastiques et soutient la durabilité environnementale.
L’article décrit une plateforme en boucle fermée pour produire une classe de nouveaux matériaux à partir de dioxyde de carbone peu coûteux. Le procédé utilise une réaction chimique pour combiner le dioxyde de carbone avec une molécule réactive appelée bicycloalcane. Un catalyseur organique initie cette réaction pour former de nouvelles liaisons chimiques dans la structure du produit. Il en résulte des plastiques synthétiques durables et personnalisables, très stables, capables de résister à la chaleur et aux attaques chimiques. Le nouveau matériau présente également des caractéristiques recherchées telles qu’une résistance mécanique élevée et une flexibilité. De plus, les éléments de base de ces nouveaux plastiques peuvent être récupérés par recyclage après leur utilisation finale.
Eugene Chen, professeur émérite à l’université, a dirigé les travaux à la CSU, et le chercheur postdoctoral Min Zhu est le premier auteur de l’article. L’équipe comprenait d’autres chercheurs de la CSU ainsi que des collaborateurs de l’Université Northwestern. Le financement du projet provient de la National Science Foundation et du BOTTLE Consortium – une grande équipe nationale de laboratoires et d’universités qui développe des processus de recyclage des déchets plastiques existants et crée des polymères améliorés, soutenu par le Département de l’Énergie des États-Unis. Chen occupe un rôle de leader dans ce groupe qui vise à améliorer les stratégies de recyclage chimio-catalytique et bio-catalytique pour décomposer les plastiques et reconcevoir des polymères intrinsèquement recyclables ou biodégradables dans de nombreux scénarios.
Chen est titulaire de la chaire John K. Stille au College of Natural Sciences de la CSU et est professeur Millennial en science des polymères et durabilité au département de chimie. Il a déclaré que les chercheurs cherchaient depuis longtemps un moyen d’exploiter le potentiel du dioxyde de carbone à cette fin, car il est naturel, inodore, ininflammable, abondant et peu coûteux.
« Il existe des procédés existants utilisant le dioxyde de carbone pour la synthèse de polymères qui remontent aux années 1960. Le défi a été de maximiser l’incorporation du dioxyde de carbone inactif dans les produits plastiques et de produire des polyesters plus écologiques, recyclables et dégradables », a-t-il expliqué. « Notre approche libère le potentiel du dioxyde de carbone en tant que ressource renouvelable et peu coûteuse pour produire des polyesters recyclables qui présentent également des propriétés avantageuses en termes de performances et de fin de vie. »
Zhu a déclaré que les polymères issus de ce procédé pourraient être conçus pour être aussi résistants que les plastiques durs ou suffisamment souples pour être utilisés comme le caoutchouc.
« De plus, notre procédé offre une utilisation intéressante du dioxyde de carbone qui, selon la situation, peut être bénéfique ou nuisible pour notre environnement, mais qui est néanmoins renouvelable et peu coûteux », a-t-il ajouté. « Cette approche pourrait contribuer à fermer le cycle du carbone en réutilisant efficacement ces émissions. »
Chen travaille depuis des décennies sur la durabilité et l’économie circulaire. Un objectif clé de ces travaux est de réduire les déchets et la pollution en prolongeant la durée de vie des matériaux dans les systèmes et en concevant des matériaux plus respectueux de l’environnement.
Il a déclaré qu’avec ce projet, l’équipe cherche des moyens d’utiliser le dioxyde de carbone capturé plutôt que de le stocker ou de le rejeter dans un endroit qui finirait par retourner dans l’environnement.
« Nous développons une technologie intégrée qui transforme la capture du dioxyde de carbone en un intermédiaire comme élément de base pour la production de matériaux durables de nombreux types et besoins », a-t-il affirmé. « Nous nous réjouissons de développer cela davantage dans une approche collaborative avec la communauté scientifique au sens large. »
Article : Alternating CO2 and bicycloalkane copolymerization to circular polyesters’ – Journal : Nature – DOI : Lien vers l’étude
Source : Colorado U.
