Les gens vivaient sans plastique jusqu'au siècle dernier environ, mais la plupart d'entre nous auraient du mal à imaginer comment.

Les plastiques sont maintenant partout dans nos vies, offrant une commodité à faible coût et d'autres avantages dans d'innombrables applications. Ils peuvent être adaptés à presque toutes les tâches, des films vaporeux aux jouets pour enfants spongieux et aux composants hard-core. Ils se sont révélés essentiels en médecine et ont joué un rôle central dans l'effort mondial visant à ralentir la propagation de la pandémie de COVID-19 au cours des 16 derniers mois.

Les plastiques semblent indispensables de nos jours.

Malheureusement pour le long terme, ils sont aussi presque indestructibles. Notre planète porte désormais le poids de plus de sept milliards de tonnes de plastiques, avec plus étant produit chaque jour. Un flux de déchets sans cesse croissant encombre nos décharges, pollue nos cours d'eau et pose une crise urgente pour notre planète.

Quatre scientifiques ont publié un appel à l'action dans un nouveau numéro de Science , consacré au problème des plastiques.

Dans un article d'introduction très complet, les scientifiques, dont deux de l'Université du Delaware, un du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie et un autre de l'Université de Sheffield au Royaume-Uni - appellent à un changement fondamental dans la façon dont les plastiques sont conçus, produit, utilisé et réutilisé.

Le but ultime :Concevoir, adopter et assurer un cycle de vie « circulaire » pour les plastiques qui ne mène ni à une décharge, ni à un océan, ni au bord d'une route, mais à une longue durée de vie d'utilisation et de réutilisation quasi infinies des précieuses ressources et applications qu'elles représentent.

Cela nécessite de nouvelles approches de la chimie, ingénierie, processus industriels, politique et collaboration mondiale, selon les co-auteurs LaShanda T.J. Korley, directeur du Center for Plastics Innovation (CPI) de l'Université du Delaware et chercheur principal d'un partenariat de la National Science Foundation (NSF) pour un effort international de recherche et d'éducation sur les matériaux et systèmes bio-inspirés ; Thomas H. Epps de l'UD, III, co-directeur du CPI, chercheur principal principal d'un effort NSF Growing Convergence Research (GCR) dans la gestion du cycle de vie des matériaux et directeur du Center for Hybrid, Actif, et Responsive Materials (CHARM) à UD ; Brett A. Helms de la Molecular Foundry du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie; et Anthony J. Ryan du Grantham Center for Sustainable Futures de l'Université de Sheffield au Royaume-Uni.

« Le dilemme des déchets plastiques est un défi mondial qui nécessite une intervention urgente et un effort concerté qui relie les partenaires industriels, académique, financier, et les secteurs gouvernementaux soutenus par des investissements importants dans la durabilité, " ils écrivent.

C'est un défi de taille qui comprend l'attention portée au recyclage, « upcycling » (réutiliser des matériaux de manière nouvelle à valeur ajoutée), le développement de nouveaux matériaux et la reconnaissance des besoins des communautés sous-financées.

"Il n'y a pas de solution unique, " dit Korley, Professeur émérite de science et génie des matériaux à l'UD, qui a passé sa carrière à développer de nouveaux plastiques aux propriétés spécifiques. « La façon dont les gens vivent avec les déchets et la façon dont ils recyclent est si différente. Voyager en Europe a mis en évidence le contraste frappant dans l'utilisation des plastiques à usage unique, tels que les pailles et les couverts par rapport aux États-Unis À travers les États-Unis, les villes et les municipalités d'un même État peuvent faire les choses différemment. »

Des recettes complexes sont utilisées dans de nombreux plastiques, Korley a dit, et comprennent souvent plusieurs types de polymères et d'autres additifs. Chaque composant peut compliquer les efforts de recyclage ou rendre le recyclage impossible, c'est pourquoi les recycleurs accepteront certains types de plastique et en refuseront d'autres.

Mais comment les plastiques peuvent-ils être conçus de manière à ce que tous leurs composants puissent être déconstruits pour une utilisation future dans d'autres produits ?

C'est le défi de CPI, que Korley dirige. Son objectif est de « recycler » les plastiques, c'est-à-dire de trouver des moyens de transformer les déchets plastiques en matériaux de valeur tels que des carburants et des lubrifiants. Les chercheurs utilisent la catalyse et des enzymes pour reconstituer certains types de plastique, comme le polyéthylène haute densité (PEHD), polyéthylène basse densité (LDPE) et polystyrène/styromousse, les types de plastiques utilisés dans les pots à lait, bouteilles de shampoing, sacs à sandwich, tasses de café, sacs d'épicerie et emballages alimentaires.

"Les différentes propriétés des matériaux nécessitent l'utilisation de différents polymères et mélanges et additifs, qui contribue à la complexité et à la hiérarchisation des déchets, " dit Korley.

Les Science papier aborde cela et bien plus encore, avec une urgence qui reflète les dangers réels et actuels pour une planète étouffée par des plastiques jetés qui ne vont nulle part de si tôt.

Certaines de ces réalités sont en effet sombres. Prenez la bouteille d'eau en plastique qui a aidé à étancher votre soif après un jogging matinal il y a cinq ans, par exemple. Ce sera probablement avec nous, quelque part, pendant encore 395 ans. Une détérioration lente ne nous aide pas non plus. Les scientifiques ont découvert que de minuscules micro morceaux de plastique usé sont répandus dans l'eau que nous buvons et les aliments que nous mangeons.

Moins de 10 % des déchets plastiques sont recyclés et moins de 1 % seront recyclés plus d'une fois. Environ 12% seront incinérés. Des millions de tonnes de plastique mis au rebut se retrouvent dans des tourbillons géants de débris dans l'océan et le reste s'accumule dans les décharges, s'enfonce dans le lit des rivières ou se trouve au bord des routes du monde entier.

Mais Helms, un co-auteur du Lawrence Berkeley National Lab, faisait partie de l'équipe qui a créé un plastique de nouvelle génération appelé PDK (polydicétoénamine), qui peut être réduit à ses parties moléculaires et réassemblé au besoin.

« Nous sommes à un point critique où nous devons réfléchir aux infrastructures nécessaires pour moderniser les installations de recyclage pour le tri et le traitement futurs des déchets, " a déclaré Helms après l'annonce du nouveau matériau. " Si ces installations étaient conçues pour recycler ou recycler le PDK et les plastiques associés, nous serions alors en mesure de détourner plus efficacement le plastique des décharges et des océans. C'est un moment passionnant pour commencer à réfléchir à la façon de concevoir à la fois des matériaux et des installations de recyclage pour permettre des plastiques circulaires. »

Les éléments constitutifs des plastiques (les monomères) sont constitués d'éléments dont le carbone, hydrogène, oxygène, azote, chlore et soufre. Ces monomères sont liés par des liaisons chimiques pour devenir des polymères, qui peut être utilisé dans la formation de plastiques à fabriquer sous diverses formes pour de nombreuses utilisations différentes.

La valeur de toutes ces ressources est perdue dans les applications à usage unique, dit Ryan de Sheffield. Il appelle cela une "vérité pratique" - la commodité et le faible coût de ces produits les rendent attrayants pour les consommateurs, sans reconnaître la valeur inhérente et le coût pour la planète. Les stratégies de marketing qui prétendent que certains produits en plastique sont « verts » et biodégradables pour attirer des consommateurs bien intentionnés le préoccupent particulièrement.

"Le 'greenwash' cynique est le plus gros problème pour la durabilité des plastiques, " Il a dit. " J'étais donc très désireux de travailler avec LaShanda et Thomas sur ce sujet. Je les connais depuis qu'ils sont doctorants. étudiants."

Avec l'innovation et la collaboration comme piliers des nouveaux centres qu'ils co-dirigent - le CPI soutenu par le département américain de l'Énergie de Korley et CHARM et GCR soutenus par la NSF d'Epp, Korley et Epps, le professeur émérite Allan et Myra Ferguson en génie chimique et biomoléculaire, sont à l'avant-garde des efforts visant à prolonger la durée de vie des plastiques dérivés du pétrole et de la biomasse et/ou à les mettre sur un chemin circulaire qui continue de la production à la première utilisation à la reconstitution pour toujours.

Ryan a déclaré qu'il considérait une "économie circulaire" comme critique. Il voit la valeur du recyclage et de l'upcycling et du développement de nouveaux matériaux, mais aucun n'est une « solution miracle ». Pour résoudre le dilemme des plastiques, il faut reconnaître la vraie valeur des plastiques.

« Une solution est une chose dans laquelle l'Amérique n'est pas très douée :les réglementations, politique et fiscalité, " at-il dit. " Il n'y a pas de réponse facile au problème des plastiques. Un marché effréné ne va pas le fournir.

« Pour toutes ces questions où la science et l'ingénierie et la société se croisent, la réponse est toujours :c'est compliqué."

Une perspective plus précise, du point de vue de Ryan, est de voir le problème des plastiques comme lié au problème du changement climatique sans en faire une distraction.

"Le changement climatique est une vérité qui dérange et une vérité invisible, " il a dit. " Vous ne pouvez pas voir ce qui le cause et vous ne pouvez pas voir le dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Vous n'associez pas la conduite au magasin avec le changement climatique.

« Vous associez des choses aux déchets plastiques – et c'est une vérité pratique. Nous n'avons aucun problème à prendre des combustibles fossiles et à les transformer en plastique. Mais maintenant, nous devons prendre soin de ce précieux plastique. Ne vous contentez pas de le jeter. C'est trop bon marché. En raison du problème de pollution, nous devons lui donner un prix artificiellement élevé."

Les données d'analyse du cycle de vie sont essentielles pour prendre des décisions fondées sur des preuves, Ryan a dit, et les consommateurs et les législateurs ne peuvent pas le faire eux-mêmes. Ils ont besoin de professionnels pour ventiler les coûts et les avantages et expliquer les options.

« C'est beaucoup plus complexe que la plupart des gens ne le pensent, " il a dit.

L'appel à l'action est complet.

« Pour parvenir à un avenir plus durable, l'intégration de considérations non seulement technologiques, mais aussi l'analyse de l'équité, comportement du consommateur, exigences géographiques, réforme politique, l'évaluation du cycle de vie, alignement des infrastructures, et les partenariats de la chaîne d'approvisionnement sont vitaux, ", ont déclaré les auteurs.

Korley a déclaré qu'elle voyait une passion croissante pour ce défi de taille.

« Ces initiatives suscitent l'enthousiasme chez nos élèves - lycée, premier et deuxième cycle et nos post-doctorants, " dit-elle. " Les gens sont passionnés par le fait de faire quelque chose pour améliorer le monde. Et ils peuvent parler à leur grand-mère, leur nièce ou leur neveu et expliquer pourquoi le travail qu'ils font est important."