La technologie de recyclage des produits chimiques pourrait aider

Il est impossible d’imaginer la vie quotidienne sans plastiques. Légers, durables et bon marché, ces matériaux surpassent de nombreux autres dans une large gamme d’applications. Mais la pollution plastique et la technologie de recyclage chimique deviennent rapidement quelque chose qui pourrait résoudre de nombreux problèmes liés à la quantité de plastique que nous avons créée.

Les plastiques ont apporté des changements positifs d’une manière que nous négligeons souvent. Par exemple, le développement de composants en plastique dans les appareils électroniques, comme celui que vous utilisez pour lire cet article, signifie que nous n’avons jamais été aussi connectés au monde qui nous entoure.

Mais notre amour des plastiques a un coût environnemental. On estime que sur les 8,3 milliards de tonnes de plastique fabriquées entre 1950 et 2015, plus de 75% sont désormais des déchets, 79% s’accumulant dans les décharges ou dans l’environnement naturel.

Pour l’échelle, c’est plus que tous les êtres vivants sur Terre, et nos océans se noient dans le plastique. Pour cette raison, les efforts de recherche récents se sont concentrés sur la résolution de ces préoccupations environnementales croissantes. L’un de ceux-ci est le recyclage chimique.

La valeur du plastique

Pour surmonter les énormes problèmes environnementaux créés par le plastique, nous devons commencer à valoriser les déchets plastiques en tant que ressource. Après tout, les déchets plastiques contiennent de la valeur sous la forme de liaisons chimiques stables, nous devrions donc au moins essayer de récupérer cette énergie. En fait, la stabilité de ces liaisons est la raison pour laquelle les plastiques persistent si longtemps dans l’environnement.

Au-delà de la combustion du plastique pour récupérer cette énergie, nous pouvons également recycler le plastique. Le monde repose actuellement sur le recyclage mécanique, où les plastiques sont triés, fondus et remoulés pour créer principalement des produits en plastique de qualité inférieure. Mais ce processus est limité. Les conditions difficiles impliquées signifient qu’à chaque fois qu’un morceau de plastique est recyclé, ses propriétés de performance sont négativement affectées. Cela limite le nombre de fois qu’un morceau de plastique peut être recyclé.

Pour nous assurer que le plastique conserve sa valeur à long terme, nous avons besoin de stratégies de recyclage alternatives. Le recyclage chimique offre un potentiel de recyclabilité infinie. Mais le défi consiste à y parvenir de manière durable et économique à grande échelle. Les méthodes traditionnelles sont généralement coûteuses et gourmandes en énergie ou en ressources, ce qui a limité leur utilisation généralisée.

Recyclage chimique

Les plastiques sont constitués de molécules à longue chaîne appelées polymères, constituées de blocs de construction répétitifs plus petits appelés monomères. Ces monomères se présentent sous différentes formes et tailles, et la liaison entre eux détermine les propriétés du matériau du plastique – telles que la température de fusion et la ténacité – qui affectent la manière dont il est utilisé.

Alors que le recyclage mécanique passe par la fusion, le recyclage chimique repose sur une transformation chimique et rompre ainsi les liens entre les monomères. Le recyclage chimique décompose le plastique au niveau moléculaire. Cela signifie que le monomère peut être récupéré dans ce qu’on appelle le recyclage en boucle fermée ou que les déchets plastiques peuvent être transformés en d’autres produits chimiques de plus grande valeur dans le recyclage en boucle ouverte. Pour de nombreux types de plastiques, il est possible de récupérer des monomères ou d’autres matériaux utiles.

Certains plastiques, tels que les polyoléfines – le matériau dans un sac en plastique en polyéthylène – n’ont pas de liaisons monomères faibles, ce qui rend plus difficile leur recyclage chimique. Dans de tels cas, un processus appelé pyrolyse est utilisé, un processus différent de la combustion, qui repose sur des températures de réaction élevées pour produire généralement des carburants et des cires.

Catalyse

Les catalyseurs sont utilisés dans environ 90% des processus chimiques industriels. Ils rendent le processus plus efficace en fournissant à la réaction un itinéraire alternatif, tout comme la façon dont Google Maps optimise votre voyage. Ils peuvent également nous permettre d’être sélectifs sur le produit créé et de réduire les déchets. Ces avantages sont essentiels pour garantir que le recyclage chimique peut être effectué à la fois de manière durable et économique à une échelle industrielle.

Les enzymes qui travaillaient sans relâche lors de votre dernier repas sont des catalyseurs naturels qui jouent un rôle important dans la digestion. Des enzymes qui peuvent même décomposer les plastiques ont été signalées.

Cependant, ces processus sont limités par leur productivité et nécessitent des conditions de processus spécifiques – telles que la bonne température et le bon pH – pour maintenir l’enzyme active. Mais étant donné la rapidité avec laquelle le domaine progresse, l’utilisation de catalyseurs naturels pourrait être commercialement viable à l’avenir.

Nous avons développé des catalyseurs à base de métaux très efficaces pour le recyclage chimique de l’acide polylactique (PLA), un plastique à base d’amidon végétal. Ces travaux ont utilisé des métaux bon marché et abondants – tels que le zinc ou le magnésium – ciblant des produits chimiques appelés esters lactiques, qui sont une alternative verte potentielle aux solvants à base de pétrole.

Ce domaine n’en est qu’à ses débuts, mais nous nous attendons à ce que des développements significatifs, en particulier dans l’optimisation des processus, soient réalisés à mesure que le domaine prend de l’ampleur. Il s’agit en fait d’un effort général du domaine car les méthodes traditionnelles utilisent généralement des produits chimiques agressifs et peuvent être gourmandes en ressources et en énergie.

Au-delà du PLA, il existe un potentiel de «surclassement» d’autres plastiques, comme le polyéthylène téréphtalate (PET), qui est utilisé pour les bouteilles en plastique. Des exemples récents incluent des éléments de base pour des matériaux haute performance et des antibiotiques et des inhibiteurs de corrosion provenant de déchets de PET.

Nos travaux récents ont également étudié le recyclage chimique du PET, qui est beaucoup plus largement utilisé. Le PET est plus largement utilisé dans les bouteilles en plastique et les contenants alimentaires, tandis que le PLA occupe une part beaucoup plus petite du marché, utilisé principalement pour l’impression 3D, les appareils biomédicaux et certaines applications d’emballage.

Regarder vers l’avant

Compte tenu de l’utilisation diversifiée du plastique par les sociétés, une approche unique pour tous n’est pas envisageable. Des stratégies de recyclage diverses et adaptées sont nécessaires pour les plastiques existants et émergents. Cependant, des opérations de recyclage chimique à l’échelle commerciale sont en cours.

À l’avenir, nous nous attendons à ce que le recyclage chimique complète son homologue mécanique, en particulier pour les matériaux difficiles à recycler tels que les couches minces. Une chose est sûre, les plastiques sont là pour rester. Avec une production qui devrait dépasser le milliard de tonnes d’ici 2050, le recyclage chimique promet d’être un espace passionnant à surveiller.

Cet article a été rédigé par plusieurs auteurs: Matthew Jones, professeur, Département de chimie, Université de Bath, Université de Bath et Jack Payne, candidat au doctorat, Center for Sustainable and Circular Technologies, Université de Bath. Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.