Faciliter l’avenir du recyclage chimique des déchets plastiques

Une nouvelle recherche de l’Université Cornell vise à faciliter le processus de recyclage chimique – une industrie émergente qui pourrait transformer les déchets en ressources naturelles en décomposant physiquement le plastique en molécules plus petites à partir desquelles il a été produit à l’origine.

Dans un nouvel article, « Consequential Life Cycle Assessment and Optimization of High-Density Polyethylene Plastic Waste Chemical Recycling », publié dans le numéro du 13 septembre de la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Fengqi You, Roxanne E. et Michael J. Le professeur Zak en ingénierie des systèmes énergétiques et le doctorant Xiang Zhao détaillent un cadre incorporant plusieurs modèles et méthodologies mathématiques qui tiennent compte de tout, des équipements de recyclage chimique, des processus et des sources d’énergie aux effets environnementaux et au marché des produits finaux.

Le cadre est la première analyse complète de ce type qui quantifie les impacts environnementaux du cycle de vie du recyclage chimique des déchets plastiques, tels que le changement climatique et la toxicité humaine.

Des milliards de tonnes de plastique ont été produites depuis les années 1950, mais la majeure partie – 91 %, selon une étude souvent citée – n’a pas été recyclée. Alors que les décharges croissantes et les zones naturelles contaminées font partie des préoccupations, l’incapacité à réduire et à réutiliser le plastique est également considérée par certains comme une opportunité économique manquée.

C’est pourquoi l’industrie émergente du recyclage chimique attire l’attention de l’industrie des déchets et des chercheurs comme You, qui aident à identifier les technologies optimales pour le recyclage chimique et fournissent une feuille de route pour l’avenir de l’industrie.

Non seulement le recyclage chimique crée une «économie circulaire», dans laquelle un déchet peut être transformé en ressource naturelle, mais il ouvre la porte aux plastiques tels que le polyéthylène haute densité – utilisé pour produire des articles tels que des bouteilles rigides, des jouets , les canalisations souterraines et les enveloppes de colis postaux – à recycler plus fréquemment.

Le cadre de You peut quantifier les conséquences environnementales de la dynamique du marché que les évaluations typiques de la durabilité du cycle de vie négligeraient. C’est également le premier à combiner l’optimisation de la superstructure – une technique informatique permettant de rechercher dans un vaste espace combinatoire de voies technologiques pour minimiser les coûts – avec l’analyse du cycle de vie, les informations sur le marché et l’équilibre économique.

L’article met en évidence les avantages de l’optimisation du cycle de vie par rapport aux outils analytiques plus traditionnels. Dans un scénario, pour maximiser les résultats économiques tout en minimisant les impacts environnementaux, l’optimisation du cycle de vie a produit une diminution de plus de 14% des émissions de gaz à effet de serre et une réduction de plus de 60% de la pollution atmosphérique photochimique par rapport à l’approche d’évaluation du cycle de vie attributionnelle généralement utilisé dans les études d’évaluation environnementale.

Bien que l’analyse donne aux experts de l’industrie et aux décideurs politiques une voie générale pour faire progresser le recyclage chimique et une économie circulaire pour les plastiques, une myriade de choix et de variables le long de la voie technologique doivent être pris en compte. Par exemple, si la demande du marché pour des produits chimiques de base comme l’éthylène et le propylène est suffisamment forte, le cadre recommande un type spécifique de technologie de séparation chimique, tandis que si le butane ou l’isobutène sont souhaités, un autre type de technologie est optimal.

« C’est un processus chimique et il y a tellement de possibilités », a déclaré You. « Si nous voulions investir dans le recyclage chimique, quelle technologie utiliserions-nous ? Cela dépend vraiment de la composition de nos déchets, des variantes du plastique polyéthylène, et cela dépend des prix actuels du marché pour les produits finaux comme les carburants et les hydrocarbures.

Les conséquences environnementales du recyclage chimique dépendent de variables telles que le processus du fournisseur de matières premières et de produits chimiques. Par exemple, le cadre a révélé que la production de butène sur site, par opposition à son approvisionnement, peut réduire de près de 20 % la pollution photochimique de l’air provenant des usines de recyclage, tandis que l’utilisation sur site de gaz naturel augmente de plus de 37 % les rayonnements ionisants potentiellement nocifs.

« Il y a toujours quelque chose que nous pouvons modifier et ajuster dans la technologie et le processus, et c’est la partie délicate », a déclaré You, qui a ajouté qu’à mesure que de nouvelles techniques de recyclage chimique émergent et que les marchés évoluent, l’optimisation du cycle de vie qui en découle restera un outil puissant pour guider l’industrie émergente.

Référence: Zhao X, You F. Évaluation du cycle de vie et optimisation du recyclage chimique des déchets plastiques en polyéthylène haute densité. ACS Sustainable Chem Eng. 2021;9(36):12167-12184. doi: 10.1021/acssuschemeng.1c03587

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