Lorsque nous avons commencé à utiliser des plastiques il y a environ 70 ans, peu de réflexion, voire aucune, n'a été accordée aux implications de leur durée de vie et au fait qu'elles peuvent mettre des siècles à se décomposer. Par conséquent, comme les plastiques se sont diversifiés et sont devenus plus faciles à fabriquer, la planète est maintenant à cheval sur quelque 8,3 milliards de tonnes de matières, presque chaque morceau de plastique jamais produit, sans suffisamment de technologie ou d'incitations pour réduire cette pile croissante. Le plastique est moins cher et plus facile à produire et à jeter qu'à recycler.

Les chercheurs de l'UC Santa Barbara, Susannah Scott et Mahdi Abu-Omar, sont sur le point de changer ce paradigme vieux de plusieurs décennies. Comment? Avec un seul pot, méthode catalytique à basse température qui recycle le polyéthylène, un polymère que l'on trouve dans environ un tiers de tous les plastiques produits, d'une valeur mondiale d'environ 200 milliards de dollars par an, en molécules alkylaromatiques de grande valeur qui sont à la base de nombreux produits chimiques industriels et produits de consommation. Ajouter de la valeur à ce qui deviendrait autrement des déchets pourrait faire du recyclage des déchets plastiques une activité plus attrayante et pratique avec un résultat bénéfique pour l'environnement.

"Voici une solution potentielle, " dit Scott, qui, avec ses collègues, a maintenant publié ses recherches dans la revue Science . leurs efforts, elle a dit, fait partie d'une liste croissante de mesures possibles qui peuvent être prises pour rendre le plastique linéaire, économie inutile en une économie plus durable, un circulaire.

"C'est une démonstration de ce qui peut être fait, " elle a dit.

Une seconde vie pour les déchets plastiques

Il est indéniable que l'existence moderne doit beaucoup aux plastiques, de l'emballage qui garde les aliments frais, aux matériaux stériles utilisés dans les applications médicales, au bon marché, pièces légères qui entrent dans bon nombre de nos abordables, biens durables.

"Il y a beaucoup de choses positives sur les plastiques que nous devons garder à l'esprit, " dit Scott, professeur de chimie et de génie chimique à l'UC Santa Barbara, titulaire de la Chaire UCSB Mellichamp en traitement catalytique durable. "À la fois, nous réalisons qu'il y a ce problème de fin de vie vraiment grave qui est une conséquence imprévue."

La propriété qui rend les plastiques si utiles est aussi ce qui les rend si persistants, les chercheurs ont expliqué. C'est leur inertie chimique :ils ne réagissent généralement pas aux autres composants de leur environnement. Les tuyaux en plastique ne rouillent pas et ne s'infiltrent pas dans l'approvisionnement en eau, les bouteilles en plastique peuvent stocker des produits chimiques caustiques, les revêtements en plastique peuvent résister à des températures élevées.

"Vous pouvez mettre un de ces tuyaux dans le sol et cent ans plus tard, vous pouvez le déterrer et c'est exactement le même tuyau et il garde votre eau complètement sûre, " dit Scott.

Mais cette qualité d'inertie rend également les plastiques très lents à se décomposer naturellement et très énergivores pour le faire artificiellement.

"Ils sont faits de carbone-carbone, et les liaisons carbone-hydrogène, et ils sont très difficiles à recycler chimiquement, " a expliqué le professeur de génie chimique Abu-Omar, spécialisé en catalyse énergétique et titulaire de la Chaire UCSB Mellichamp en chimie verte. Bien que de nombreux efforts de recherche aient été consacrés à apprendre à réduire les plastiques à leurs composants de base à des fins de durabilité, le coût de l'énergie " a tourmenté le domaine pendant longtemps, ", ont déclaré les chercheurs. Même l'avantage de convertir ces éléments constitutifs en molécules de grande valeur est limité lorsqu'il est moins cher de faire la même chose à partir du pétrole extrait.

"D'autre part, si nous pouvions convertir directement les polymères en ces molécules de plus grande valeur et supprimer complètement l'étape à haute énergie de revenir à ces molécules de base, alors nous avons un procédé à haute valeur ajoutée avec une faible empreinte énergétique, " dit Scott.

Cette ligne de pensée innovante a produit une nouvelle méthode catalytique en tandem qui crée non seulement des molécules alkylaromatiques de haute valeur directement à partir de déchets de plastique polyéthylène, il le fait efficacement, à faible coût et avec une faible consommation d'énergie.

"Nous avons fait baisser la température de la transformation de centaines de degrés, " dit Scott. Méthodes conventionnelles, selon le papier, nécessitent des températures comprises entre 500 et 1000°C pour décomposer les chaînes polyoléfiniques en petits morceaux et les réassembler en un mélange produit de gaz, liquide et coke, tandis que la température optimale pour ce processus catalytique oscille autour de 300°C. Les conditions de réaction relativement douces aident à décomposer les polymères de manière plus sélective en une majorité de molécules plus grosses dans une gamme de lubrifiants, les chercheurs ont expliqué. "Et, nous avons simplifié le nombre d'étapes du processus car nous ne faisons pas plusieurs transformations, " dit Scott.

En outre, le procédé ne nécessite ni solvant ni hydrogène ajouté, juste un catalyseur platine sur alumine (Pt/Al2O3) pour une réaction en tandem qui brise à la fois ces solides liaisons carbone-carbone, et réorganise le "squelette" moléculaire du polymère pour former des structures avec ces anneaux à six côtés caractéristiques - des molécules alkylaromatiques de grande valeur qui trouvent une utilisation répandue dans les solvants, des peintures, lubrifiants, détergents, pharmaceutiques et de nombreux autres produits industriels et de consommation.

"Former des molécules aromatiques à partir de petits hydrocarbures est difficile, " a ajouté l'auteur principal du journal, Fan Zhang. " Ici, lors de la formation d'aromatiques à partir de polyoléfines, l'hydrogène est formé en tant que sous-produit et utilisé en outre pour couper les chaînes polymères afin de rendre l'ensemble du processus favorable. Par conséquent, nous obtenons des alkylaromatiques à longue chaîne, et c'est le résultat fascinant."

Cette méthode représente une nouvelle direction dans le cycle de vie des plastiques, celui dans lequel les polymères usagés pourraient devenir des matières premières précieuses au lieu de se retrouver dans des décharges, ou pire, dans les cours d'eau et autres habitats sensibles.

"C'est un exemple d'avoir une deuxième utilisation, où nous pourrions fabriquer ces matières premières plus efficacement et avec un meilleur impact environnemental que de les fabriquer à partir du pétrole, », a déclaré Abu-Omar. Des recherches doivent encore être menées pour voir où et comment cette technologie serait la plus efficace, mais c'est une stratégie qui pourrait aider à atténuer l'accumulation de déchets plastiques, récupérer leur valeur et peut-être réduire notre dépendance au pétrole dont proviennent les plastiques.

"Nous creusons un trou dans le sol, nous produisons, nous faisons, nous utilisons, nous jetons, " Abou-Omar a dit. " Donc d'une certaine manière, cela brise vraiment cette façon de penser. Il y a une science intéressante à faire ici qui nous mènera vers de nouvelles découvertes, de nouveaux paradigmes et de nouvelles façons de faire de la chimie."