Chimistes à l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) a découvert une méthode qui pourrait transformer les déchets plastiques en produits chimiques précieux en utilisant la lumière du soleil.

Dans les expériences de laboratoire, l'équipe de recherche a mélangé des plastiques avec leur catalyseur dans un solvant, ce qui permet à la solution d'exploiter l'énergie lumineuse et de convertir les plastiques dissous en acide formique, un produit chimique utilisé dans les piles à combustible pour produire de l'électricité.

Rapporter leur travail dans Sciences avancées , l'équipe dirigée par le professeur assistant NTU Soo Han Sen de l'École des sciences physiques et mathématiques a fait son catalyseur à partir de l'abordable, vanadium métallique biocompatible, couramment utilisé dans les alliages d'acier pour les véhicules et les alliages d'aluminium pour les avions.

Lorsque le catalyseur à base de vanadium a été dissous dans une solution contenant un plastique de consommation non biodégradable comme le polyéthylène et exposé à la lumière artificielle du soleil, il a rompu les liaisons carbone-carbone dans le plastique en six jours.

Ce processus a transformé le polyéthylène en acide formique, un agent conservateur et antibactérien d'origine naturelle, qui peut également être utilisé pour la production d'énergie par les centrales électriques et dans les véhicules à pile à combustible à hydrogène.

« Nous avons cherché à développer des méthodes durables et rentables pour exploiter la lumière du soleil pour fabriquer des carburants et d'autres produits chimiques, " a déclaré le professeur adjoint Soo. " Ce nouveau traitement chimique est le premier processus signalé qui peut complètement décomposer un plastique non biodégradable tel que le polyéthylène en utilisant la lumière visible et un catalyseur qui ne contient pas de métaux lourds. "

À Singapour, la plupart des déchets plastiques sont incinérés, produisant des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone, et les restes de cendres brûlées en masse sont transportés vers la décharge de Semakau, qui devrait manquer d'espace d'ici 2035.

Développer des solutions zéro déchet innovantes, comme ce catalyseur respectueux de l'environnement pour transformer les déchets en ressources, fait partie de la vision NTU Smart Campus pour développer un avenir durable.

Utiliser l'énergie du soleil pour convertir des produits chimiques

Le catalyseur à base de vanadium, qui est soutenu par des groupes organiques et généralement abrégé en LV(O), utilise l'énergie lumineuse pour provoquer une réaction chimique et est connu comme un photocatalyseur.

Les photocatalyseurs permettent aux réactions chimiques d'être alimentées par la lumière du soleil, contrairement à la plupart des réactions réalisées dans l'industrie qui nécessitent de la chaleur, généralement générés par la combustion de combustibles fossiles.

Les autres avantages du nouveau photocatalyseur sont son faible coût, abondant, et respectueux de l'environnement, contrairement aux catalyseurs courants fabriqués à partir de métaux coûteux ou toxiques tels que le platine, palladium ou ruthénium.

Alors que les scientifiques ont essayé d'autres approches pour transformer les déchets plastiques en produits chimiques utiles, de nombreuses approches impliquent des réactifs indésirables ou trop d'étapes pour passer à l'échelle.

Un exemple est une approche appelée photoréformage, où le plastique est combiné avec de l'eau et la lumière du soleil pour produire de l'hydrogène gazeux, mais cela nécessite l'utilisation de catalyseurs contenant du cadmium, un métal lourd toxique. D'autres méthodes nécessitent que les plastiques soient traités avec des solutions chimiques dures qui sont dangereuses à manipuler.

La plupart des plastiques ne sont pas biodégradables car ils contiennent des liaisons chimiques extraordinairement inertes appelées liaisons carbone-carbone, qui ne sont pas facilement décomposés sans l'application de températures élevées.

Le nouveau photocatalyseur à base de vanadium développé par l'équipe de recherche NTU a été spécialement conçu pour rompre ces liaisons, et le fait en s'accrochant à un groupe chimique voisin connu sous le nom de groupe alcool et en utilisant l'énergie absorbée par la lumière du soleil pour démêler la molécule comme une fermeture éclair.

Comme les expériences ont été menées à l'échelle du laboratoire, les échantillons de plastique ont d'abord été dissous par chauffage à 85 degrés Celsius dans un solvant, avant le catalyseur, qui est sous forme de poudre, a été dissous. La solution a ensuite été exposée à la lumière artificielle du soleil pendant quelques jours. En utilisant cette approche, l'équipe a montré que leur photocatalyseur était capable de briser les liaisons carbone-carbone dans plus de 30 composés différents et les résultats ont démontré le concept d'un système respectueux de l'environnement, photocatalyseur bon marché.

L'équipe de recherche cherche maintenant à améliorer le processus qui pourrait permettre la décomposition des plastiques pour produire d'autres combustibles chimiques utiles, comme l'hydrogène gazeux.