Des millions de tonnes de plastique finissent dans les décharges chaque année. C'est un gros problème de société et une menace environnementale encore plus grande.

Aux Etats-Unis, moins de 9 % des déchets plastiques sont recyclés. Au lieu, plus de 75 % des déchets plastiques finissent dans les décharges et jusqu'à 16 % sont brûlés, un processus qui libère des gaz toxiques dans l'atmosphère.

Des chercheurs du Center for Plastics Innovation (CPI) de l'Université du Delaware ont mis au point une méthode directe pour convertir les déchets plastiques à usage unique :sacs en plastique, contenants de yaourt, bouteilles en plastique et capsules de bouteilles, des emballages et plus encore — aux molécules prêtes à l'emploi pour les carburéacteurs, diesel et lubrifiants.

L'oeuvre, rapporté dans un article de Avancées scientifiques mercredi, 21 avril se concentre sur l'utilisation d'un nouveau catalyseur et d'un processus unique pour décomposer rapidement ces plastiques les plus difficiles à recycler, connu sous le nom de polyoléfines. Les polyoléfines représentent 60 à 70 % de tous les plastiques fabriqués aujourd'hui.

Le processus développé par UD nécessite environ 50 % moins d'énergie que les autres technologies, et cela n'implique pas l'ajout de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, une réduction des émissions par rapport aux autres techniques couramment utilisées. Cela peut être fait en quelques heures à basse température, environ 250 degrés Celsius. Ceci est légèrement supérieur à la température du four de 450 degrés Fahrenheit que vous pouvez utiliser pour rôtir des légumes ou cuire une pâte feuilletée à la maison.

Surtout, la méthode de l'équipe UD permet de traiter une grande variété de plastiques, même lorsqu'ils sont mélangés, un plus compte tenu de la façon dont les matières recyclables sont gérées.

"La conversion chimique est l'approche la plus polyvalente et la plus robuste pour lutter contre les déchets plastiques, " dit Dion Vlachos, le chercheur principal du projet et le professeur Unidel Dan Rich Chair in Energy de génie chimique et biomoléculaire à l'UD.

Les co-auteurs de l'article incluent Sibao Liu, un ancien chercheur postdoctoral UD, maintenant professeur agrégé de génie chimique et de technologie à l'Université de Tianjin; et les chercheurs du CPI Pavel Kots, un stagiaire postdoctoral UD; Brandon Vance, un étudiant diplômé de l'UD ; et Andrew Danielson, un senior spécialisé en génie chimique.

Création de molécules prêtes à l'emploi

L'équipe de recherche UD a utilisé un processus chimique appelé hydrocraquage pour décomposer les solides plastiques en molécules de carbone plus petites, puis ajouté des molécules d'hydrogène à chaque extrémité pour stabiliser le matériau à utiliser.

Le craquage catalytique n'est pas nouveau. Les raffineries l'utilisent depuis des années pour convertir le pétrole brut lourd en essence.

La méthode de l'équipe de recherche, cependant, fait plus que simplement briser le plastique. Il convertit également le matériau en molécules ramifiées qui leur permettent d'être plus directement traduites en un produit final.

« Cela en fait des molécules prêtes à l'emploi pour des applications lubrifiantes ou carburants à haute valeur ajoutée, " dit Vlachos, qui dirige également le Delaware Energy Institute et le Catalysis Center for Energy Innovation à l'UD.

Le catalyseur lui-même est en fait un matériau hybride, une combinaison de zéolites et d'oxydes métalliques mixtes.

Les zéolites sont connues pour avoir des propriétés qui les rendent efficaces pour créer des molécules ramifiées. Les zéolites se trouvent dans des choses comme les systèmes de purification de l'eau ou d'adoucisseur et les détergents ménagers, où ils neutralisent les minéraux comme le calcium et le magnésium, rendre l'eau dure plus douce et améliorer le processus de lessive.

Oxydes métalliques mixtes, pendant ce temps, sont connus pour leur capacité à décomposer les grosses molécules juste la bonne quantité sans en faire trop. L'antiacide dans votre armoire à pharmacie, par exemple, est un oxyde métallique utilisé pour se décomposer, ou neutraliser, l'acide causant vos maux d'estomac.

« Seuls, ces deux catalyseurs fonctionnent mal. Ensemble, la combinaison fait de la magie, faire fondre les plastiques et ne laisser aucun plastique derrière, " dit Vlachos.

Cela donne à la méthode développée par le CPI un avantage par rapport aux techniques actuelles utilisées aujourd'hui, bien que Vlachos ait souligné que davantage de travail est nécessaire pour traduire ces méthodes scientifiques dans l'industrie. Autre plus :les matériaux catalyseurs de l'équipe sont couramment utilisés et, donc, assez bon marché et abondant.

"Ce ne sont pas des matières exotiques, afin que nous puissions rapidement commencer à réfléchir à la façon d'utiliser la technologie, ", a-t-il déclaré. Lui et Liu ont déposé un brevet provisoire sur le nouveau bi-catalyseur et la méthode unique par le biais du Bureau de l'innovation économique et des partenariats d'UD.

Solutions durables, économie circulaire

Réduire les déchets plastiques en les convertissant chimiquement en carburants peut jouer un rôle puissant dans la conduite d'une économie circulaire, où les matériaux sont recyclés en quelque chose de nouveau à la fin de leur durée de vie utile, au lieu d'être jeté. Les composants recyclés peuvent être utilisés pour refaire la même chose ou, dans le cas des carburants, recyclés en produits à plus forte valeur ajoutée, créant des gains à la fois économiques et environnementaux.

« Cette approche catalytique innovante est une avancée significative dans notre quête de procédés de dépolymérisation qui impliquent des voies moins énergivores et génèrent des cibles de dégradation très spécifiques, a déclaré LaShanda Korley, directrice du CPI, Professeur émérite de science et génie des matériaux et de génie chimique et biomoléculaire. "Cette compréhension fondamentale ouvre une nouvelle voie vers la valorisation des déchets plastiques."

Pour Andrew Danielson, un UD senior en génie chimique impliqué dans le projet, les avantages environnementaux potentiels de la conversion du plastique sont passionnants.

« Les déchets plastiques sont un grave problème environnemental. Je pense que cette recherche peut aider à améliorer les méthodes de recyclage du plastique, " a déclaré Danielson, dont les contributions aux travaux ont consisté à vérifier les données recueillies au cours du projet en reproduisant les expériences.

Après l'obtention de son diplôme en mai, Danielson mettra cette expérience de recherche au service de l'industrie chimique. Il a déjà décroché un poste dans les contrôles de processus, une partie du processus de fabrication qui implique le contrôle des variables, comme la température, pression et conductivité, entre autres.

Les prochaines étapes de la recherche sur l'IPC comprennent l'exploration des autres plastiques que la méthode de l'équipe peut traiter et des produits qu'elle peut fabriquer. Pour commencer, Vlachos a déclaré que l'équipe espère étendre les collaborations avec des collègues sur le campus et au Center for Plastics Innovation afin d'explorer d'autres moyens de fabriquer des produits de valeur en éliminant les déchets.

« Alors que cette économie circulaire se met en marche, le monde devra fabriquer moins de plastiques d'origine car nous réutiliserons des matériaux fabriqués aujourd'hui dans le futur, " il a dit.

Un autre objectif est de développer des méthodes pour améliorer le processus de recyclage lui-même.

"Nous voulons utiliser l'électricité verte pour piloter le traitement chimique impliqué dans la fabrication de nouvelles choses. Nous sommes très loin pour le moment de le voir, mais c'est là où nous nous dirigeons au cours des 10 à 20 prochaines années, " dit Vlachos.