Une méthode en une étape permet une production évolutive et plus respectueuse de l'environnement de monomères plastiques d'origine végétale, ouvrant la voie à la production de masse d'une alternative durable aux matériaux à base de pétrole.

Une équipe internationale, dont Kiyotaka Nakajima de l'Université d'Hokkaido, Japon, et Emiel Hensen de l'Université de technologie d'Eindhoven, les Pays-Bas, a développé une méthode économe en énergie pour synthétiser des ingrédients bioplastiques. La nouvelle technologie contribuera à la réalisation de « produits verts » durables, comme les bouteilles de boissons entièrement biosourcées. Cette étude a été menée conjointement avec Mitsubishi Chemical Corporation et les résultats ont été publiés dans Catalyse ACS .

Les plastiques biosourcés sont en train de devenir un matériau de nouvelle génération et devraient remplacer les plastiques dérivés du pétrole. Un polyester d'origine végétale, appelé furanoate de polyéthylène (PEF), est un polymère prometteur 100 % renouvelable issu de plantes pouvant remplacer le géant de la plasturgie, polyéthylène téréphtalate (PET), en raison de son meilleur physique, propriétés mécaniques et thermiques. Cependant, la réalisation de la production de PEF à grande échelle est sérieusement entravée par une production inefficace des monomères.

L'oxydation aérobie d'un substrat dérivé de la biomasse appelé HMF dans du méthanol et de l'éthylène glycol produit des monomères appelés MFDC et HEFDC, respectivement. Ils sont reconnus comme des monomères cruciaux dans la fabrication de PEF, parce que la polymérisation du MFDC avec de l'éthylène glycol ou l'autocondensation du HEFDC peut produire un PEF de haute qualité (Figure 1).

Cependant, La production de MFDC a été jusqu'à présent exclusivement étudiée pour les solutions HMF diluées, et des voies plus souhaitables pour la production de HEFDC sont actuellement impraticables car un rendement élevé du monomère ne peut pas être produit efficacement. Cette limitation peut être attribuée aux groupes formyl (-CHO) hautement réactifs dans HMF, qui sont impliqués dans des réactions secondaires lourdes, en particulier dans les solutions concentrées :la transformation chimique dans les solutions HMF concentrées qui vise la production à grande échelle de produits chimiques de base s'accompagne de la formation d'énormes quantités de sous-produits solides.

Nakajima, Hensen, et leurs collègues ont précédemment développé un composé plus stable appelé HMF-acétal (Figure 1). Ils ont maintenant examiné l'utilité du HMF-acétal et ont découvert que 80-95% du HMF-acétal dans une solution concentrée (10-20% en poids) peut être converti avec succès en MFDC et HEFDC avec un catalyseur à nanoparticules d'or. Les présents résultats représentent une avancée significative par rapport à l'état de l'art actuel, surmonter une limitation inhérente de l'oxydation du HMF aux monomères importants pour la production de biopolymères. Les chercheurs notent que cette méthode comporte « moins d'étapes de réaction, et l'utilisation de solutions hautement concentrées nécessitera moins d'énergie que les procédés conventionnels."

Les chercheurs s'attendent à ce que la nouvelle technique améliore non seulement la faisabilité de la production commerciale de PEF dans l'industrie chimique, mais aussi contribuer à faire progresser une utilisation plus omniprésente des bioplastiques, ainsi que de fournir un aperçu pour le développement d'autres applications chimiques biosourcées à partir de divers glucides dérivés de la biomasse.