Le plastique est devenu omniprésent dans la vie moderne bouteilles d’eau, sacs de courses et tableaux de bord de voitures. Mais une fois jeté, il fait partie des matériaux les plus difficiles à recycler sur Terre. La plupart des procédés de recyclage exigent d’abord un tri des plastiques par type, une étape à la fois laborieuse et coûteuse, ce qui explique pourquoi seulement 9 % des déchets plastiques sont réellement recyclés, tandis que 79 % finissent dans des décharges et 12 % supplémentaires sont incinérés, libérant du dioxyde de carbone.
Aujourd’hui, une équipe codirigée par des chercheurs de la UCLA Samueli School of Engineering et de l’Université Ewha en Corée du Sud a démontré une nouvelle approche chimique qui convertit un mélange des trois plastiques les plus courants directement en hydrogène de haute pureté, à des températures bien inférieures à celles de la gazéification classique. Le procédé piège le dioxyde de carbone sous forme de minéral solide sans rejeter le gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, l’étude montre que le traitement thermique alcalin (ATT) — un procédé dans lequel l’hydroxyde de sodium réagit avec la matière organique sous l’effet de la chaleur pour produire de l’hydrogène — peut traiter efficacement un mélange de déchets de polyéthylène téréphtalate (PET), de polyéthylène (PE) et de polypropylène (PP) dans un seul réacteur, produisant de l’hydrogène gazeux d’une pureté supérieure à 90 % sans nécessiter de tri des types de plastique.
« Nous résolvons deux problèmes mondiaux urgents à la fois », a déclaré l’autrice correspondante Ah-Hyung « Alissa » Park, doyenne Ronald et Valerie Sugar de UCLA Samueli et professeure de génie chimique et biomoléculaire. « Les déchets plastiques s’accumulent à des taux alarmants, et l’hydrogène propre est essentiel pour décarboner l’énergie. Cette technologie répond à ces deux défis de manière créative et scalable. »
Le procédé ATT a été adapté d’une méthode initialement développée par Park et le co-auteur correspondant Woo-Jae Kim, professeur de génie chimique et science des matériaux à l’Université Ewha, comme méthode neutre en carbone pour convertir de la biomasse comme les algues en hydrogène gazeux. Lors d’expériences en laboratoire, l’équipe a utilisé le procédé ATT modifié pour convertir du PET, du PE et du PP en hydrogène de haute pureté. L’approche a produit significativement plus d’hydrogène à partir du PET tout en fonctionnant à des températures de 300 à 400 degrés Celsius inférieures à celles de la gazéification traditionnelle à la vapeur.
Contrairement au PET, le polyéthylène et le polypropylène étaient initialement moins efficaces pour produire de l’hydrogène gazeux car ils sont entièrement constitués de liaisons carbone-hydrogène et sont chimiquement inertes dans des conditions alcalines. Pour les activer, les chercheurs ont développé un prétraitement par oxydation thermique dans lequel les plastiques sont brièvement exposés à une chaleur modérée à l’air avant la réaction principale. Cette étape introduit des groupes fonctionnels contenant de l’oxygène dans les chaînes polymères, créant des sites réactifs où le traitement alcalin peut agir.
Une fois activés, les trois plastiques se décomposent efficacement. Le carbone libéré lors de la réaction est capté par le réactif hydroxyde de sodium et converti en carbonate de sodium solide plutôt que de s’échapper dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. L’analyse post-réaction a montré que plus de 75 % du carbone plastique d’origine se retrouve soit sous forme de carbonate stable, soit sous forme de résidus organiques liquides. Moins de 13 % apparaît sous forme gazeuse et la libération directe de carbone atmosphérique pendant la réaction est négligeable. Le carbonate de sodium peut à son tour être converti en carbonate de calcium grâce à un procédé de récupération simple, fixant définitivement le carbone dans un minéral largement utilisé dans des industries traditionnellement intensives en carbone.
Les approches précédentes à basse température pour convertir les déchets plastiques en hydrogène, comme la photoréforme solaire et la conversion électrochimique, ne fonctionnent que sur les plastiques contenant de l’oxygène comme le PET — laissant de côté le polyéthylène et le polypropylène, deux des plastiques les plus abondants dans le flux de déchets. La gazéification à haute température peut traiter des plastiques mélangés non triés mais libère des quantités substantielles de dioxyde de carbone. L’ATT est la première application de la méthode de l’équipe pour répondre simultanément à ces trois limitations.
« En réduisant les coûts de tri et la complexité des procédés qui ont été des obstacles majeurs à la commercialisation, cette technologie a le potentiel de devenir une technologie de base de nouvelle génération soutenant à la fois l’économie de l’hydrogène et l’économie circulaire », a déclaré Kim.
Les chercheurs indiquent que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour optimiser le procédé et évaluer sa viabilité économique avant de pouvoir le déployer à grande échelle.
Article : Selective and direct hydrogen generation from mixed plastic waste via alkaline thermal treatment with inherent carbon storage – Journal : Proceedings of the National Academy of Sciences – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : UCLA
