Les combustibles fossiles ont longtemps été le précurseur du plastique, mais de nouvelles recherches de l'Université du Nebraska-Lincoln et de ses collaborateurs européens pourraient aider à mettre cette ère en fumée :le dioxyde de carbone, pour être exact.

Produit presque entièrement à partir de combustibles fossiles, les concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sont passées de 280 parties par million à l'ère préindustrielle à environ 410 ppm aujourd'hui. Cette tendance, combinée à l'approvisionnement limité en combustibles fossiles, a poussé les chercheurs à explorer des méthodes de production de plastique à partir de CO 2 plutôt que du pétrole ou du gaz naturel—recyclage du CO 2 tout comme le plastique est maintenant.

Vitaly Alexandrov du Nebraska et ses collègues ont maintenant détaillé une technique à base de catalyseur qui peut doubler la quantité de dioxyde de carbone converti en éthylène, un composant essentiel du plastique le plus répandu au monde, polyéthylène.

« La conversion du CO 2 est très important pour aider à compenser les émissions qui conduisent au réchauffement climatique et à d'autres processus néfastes pour l'environnement, " dit Alexandrov, professeur assistant en génie chimique et biomoléculaire.

Le cuivre est devenu le principal candidat pour catalyser les réactions chimiques qui convertissent le dioxyde de carbone en molécules polymères formant du plastique, ce qu'il fait lorsque la tension lui est appliquée. Mais certaines installations à base de cuivre n'ont pas réussi à convertir plus d'environ 15 % du CO 2 en éthylène, un rendement trop faible pour répondre aux besoins de l'industrie.

Des chercheurs de l'Université de Swansea au Pays de Galles ont donc décidé d'essayer de revêtir le cuivre de différents polymères dans l'espoir d'augmenter cette efficacité. Après l'avoir recouvert d'un polymère appelé polyacrylamide, ils ont constaté que le taux de conversion de leur mousse de cuivre est passé de 13 à 26 pour cent.

Alexandrov et le chercheur postdoctoral Konstantin Klyukin ont ensuite effectué des simulations basées sur la mécanique quantique via le Holland Computing Center du Nebraska pour aider à expliquer pourquoi le polyacrylamide a réussi à surpasser ses cousins ​​polymères. Ils ont découvert que le polyacrylamide brise le CO 2 et le réassemble en une paire de composés C-O liés, stabilise ensuite cette nouvelle molécule au fur et à mesure qu'elle entraîne d'autres réactions chimiques, celles qui produisent finalement de l'éthylène.

"CO 2 est une molécule très tenace car elle possède des doubles liaisons très difficiles à rompre, " a déclaré Alexandrov. "C'est la partie la plus difficile d'essayer de le convertir en quelque chose d'autre. Vous ne voulez pas dépenser trop d'énergie pour le convertir; autrement, c'est un compromis qui devient inefficace."

Même si les chercheurs cherchent à améliorer encore cette efficacité, Alexandrov a dit, ils ont l'œil vers un objectif plus vaste :transformer le CO 2 directement dans le polyéthylène qui compose les sacs plastiques, conteneurs et films.

"L'une des choses que veulent les expérimentateurs, c'est de passer de la synthèse de molécules simples, comme l'éthylène, à des molécules très compliquées dans une réaction discontinue, " Alexandrov a dit. " Vous avez mis en CO 2 catalyseurs, et vous vous retrouvez avec des structures en polymère que vous pouvez vendre dans un magasin. Mais ces molécules ont des structures très compliquées. C'est une première étape pour comprendre comment nous pouvons (les créer)."