Une vague d'élan public se gonfle contre la crise des plastiques à base de pétrole, qui reposent dans nos décharges, flottant dans nos océans, et se manifestant dans notre air et même dans notre nourriture.

Pendant ce temps, dans un laboratoire de chimie de la Colorado State University, certains des meilleurs esprits de la science des polymères travaillent dur vers ce qu'ils pensent être une solution viable. Tous les jours, ils travaillent sur une nouvelle chimie pour des matériaux durables qui pourraient rivaliser avec, et éventuellement même remplacer, les difficiles à recycler, plastiques de base non dégradables qui ont submergé notre environnement pendant des décennies.

Eugène Chen, professeur au Département de chimie, a dirigé une nouvelle étude démontrant une voie de catalyse chimique pour rendre une classe existante de biomatériaux - qui prend déjà de l'ampleur dans les environnements industriels - encore plus viable commercialement et structurellement diversifiée. Les résultats sont publiés dans la revue Science , et l'article comprend le premier auteur Xiaoyan Tang et les co-auteurs étudiants diplômés Andrea Westlie et Eli Watson.

Plastiques biodégradables

Dans les années récentes, Chen a concentré certains des efforts de son laboratoire sur un ensemble de biomatériaux appelés PHA, ou des polyhydroxyalcanoates. C'est une classe de polyesters, produit par des bactéries, qui sont biodégradables à un degré jamais vu dans les plastiques commerciaux. Ils ont battu les bioplastiques « compostables » à base d'acide polylactique (PLA) en se dégradant naturellement dans les océans et les décharges, alors que le PLA doit être composté industriellement. Certains voient les PVVIH comme un phare dans l'obscurité, monde rempli de plastique, avec des entreprises qui tentent déjà de créer une industrie autour de ces matériaux biosourcés.

Mais les PVVIH ont leurs limites. Ils sont fabriqués dans des bioréacteurs où des communautés de bactéries convertissent des matières premières carbonées biorenouvelables, comme les sucres, dans la forme la plus simple de PHA, appelé poly(3-hydroxybutyrate), ou P3HB. Différentes sources de carbone et bactéries peuvent également fabriquer d'autres dérivés de PHA. Ces montages de biosynthèse sont actuellement coûteux, relativement lents et entravés par leur évolutivité et leur productivité limitées.

Dans leur article scientifique, Chen et ses collègues attaquent ces limitations une par une, offrir un roman, voie de synthèse chimique pour fabriquer des PHA conventionnels et nouveaux avec des accordable, propriétés mécaniques et physiques. Ce sont les caractéristiques mêmes qui ont rendu les plastiques pétroliers si omniprésents dans notre monde.

Méthode de polymérisation

Les chimistes des polymères de la CSU rapportent que leur nouvelle méthodologie de polymérisation est rendue possible par des catalyseurs qui polymérisent directement un monomère biosourcé appelé 8DL qui existe sous une forme appelée stéréo-isomères. La polymérisation catalysée produit de manière ordonnée, cristalline, les PVVIH dits « stéréoséquencés ». Dans le laboratoire, les chercheurs ont montré la ductilité et la ténacité de leurs matériaux, et leur capacité à ajuster la structure et la fonction de leurs matériaux.

"Nous voulions résoudre le problème du goulot d'étranglement, " a dit Chen. " Comment pouvons-nous développer la voie de la catalyse chimique vers cette fantastique classe de plastiques biodégradables afin que vous ayez, essentiellement, évolutivité, production rapide et accordabilité pour fabriquer différents PHA ? … C'était la motivation."

Ce travail s'appuie sur des recherches déjà publiées et parues dans Communication Nature . Puis, les chercheurs ont utilisé leur voie de synthèse chimique pour fabriquer du P3HB, l'un des 150 biomatériaux PHA. Mais P3HB est relativement cassant, ce qui le rend peu pratique pour de nombreuses applications de plastiques pétroliers d'aujourd'hui.

Chen souligne qu'il n'est pas un expert des voies de biosynthèse pour fabriquer des PVVIH. Cependant, son laboratoire propose une approche de catalyse chimique technologiquement avantageuse pour les matériaux PHA existants et nouveaux, qui pourraient jouer un rôle important dans la résolution de la crise des plastiques de notre génération.