Lorsque John Wesley Hyatt a breveté le premier plastique industriel en 1869, son intention était de créer une alternative à l'ivoire de défense d'éléphant utilisé pour fabriquer des touches de piano. Mais ce plastique précoce a également déclenché une révolution dans la façon dont les gens considéraient la fabrication :et si nous n'étions pas limités aux matériaux que la nature avait à offrir ?

Plus d'un siècle plus tard, les plastiques font partie intégrante de la vie quotidienne. Mais ces plastiques sont souvent dérivés du pétrole, contribuant à la dépendance aux combustibles fossiles et entraînant des émissions nocives de gaz à effet de serre. Pour changer ça, Les scientifiques du Centre de recherche sur la bioénergie des Grands Lacs (GLBRC) essaient de prendre la nature souple du plastique dans une autre direction, développer des moyens nouveaux et renouvelables de créer des plastiques à partir de la biomasse.

En utilisant un solvant d'origine végétale appelé GVL (gamma-Valerolactone), Le professeur de génie chimique et biologique de l'Université du Wisconsin-Madison James Dumesic et son équipe ont développé un moyen économique et à haut rendement de produire de l'acide furandicarboxylique, ou FDCA. L'un des 12 produits chimiques que le département de l'Énergie des États-Unis considère comme essentiels pour forger une industrie chimique « verte », Le FDCA est un précurseur nécessaire à un plastique renouvelable appelé PEF (ou furanoate de polyéthylène) ainsi qu'à un certain nombre de polyesters et de polyuréthanes.

Les chercheurs ont publié leurs conclusions le 19 janvier 2018 dans la revue Avancées scientifiques .

En tant que substitut biosourcé du PET (polyéthylène téréphtalate) - il est largement utilisé, contrepartie dérivée du pétrole – le PEF est riche en potentiel. Le PET a actuellement une demande du marché de près de 1,5 milliard de tonnes par an, et Coca-Cola, Moteurs Ford, H.J. Heinz, Nike et Procter &Gamble se sont tous engagés à développer une PET 100 % végétal pour leurs bouteilles, emballage, vêtements et chaussures. Le potentiel de PEF à pénétrer ce marché important, cependant, a été entravé par le coût élevé de la production du FDCA.

"Jusqu'à maintenant, Le FDCA a une très faible solubilité dans pratiquement tous les solvants dans lesquels vous le faites, " dit Ali Hussain Motagamwala, un étudiant diplômé UW-Madison en génie chimique et biologique et co-auteur de l'étude. "Il faut utiliser beaucoup de solvant pour obtenir une petite quantité de FDCA, et vous vous retrouvez avec des coûts de séparation élevés et des déchets indésirables."

Le nouveau processus de Motagamwala et de ses collègues commence avec le fructose, qu'ils convertissent en deux étapes en FDCA dans un système de solvant composé d'une partie de GVL et d'une partie d'eau. Le résultat final est un rendement élevé de FDCA qui se sépare facilement du solvant sous forme de poudre blanche lors du refroidissement.

"L'utilisation du solvant GVL résout la plupart des problèmes de production de FDCA, " dit Motagamwala. " Les sucres et le FDCA sont tous deux très solubles dans ce solvant, vous obtenez des rendements élevés, et vous pouvez facilement séparer et recycler le solvant."

D'autres caractéristiques du procédé contribuent à sa robustesse économique. Le système ne nécessite pas d'acides minéraux coûteux pour la catalyse, ne produit pas de sels usagés, et vous pouvez séparer les cristaux de FDCA du solvant en refroidissant simplement le système de réaction.

L'analyse technico-économique de l'équipe suggère que le procédé pourrait actuellement produire du FDCA à un prix de vente minimum de 1 $, 490 par tonne. Avec des améliorations, notamment en abaissant le coût de la matière première et en réduisant le temps de réaction, le prix pourrait atteindre 1 $, 310 la tonne, ce qui rendrait leur FDCA compétitif par rapport à certains précurseurs de plastique dérivés de combustibles fossiles.

"Nous pensons qu'il s'agit de l'approche rationalisée et peu coûteuse pour fabriquer du FDCA que de nombreuses personnes dans l'industrie des plastiques attendaient, ", dit Dumesic. "Notre espoir est que cette recherche ouvre encore plus la porte à des plastiques renouvelables à coût compétitif."

La Wisconsin Alumni Research Foundation travaille à l'obtention d'une licence pour la technologie GVL à utiliser dans la production de bioplastiques.