Transformer les déchets plastiques en produits utiles grâce au recyclage chimique est une stratégie pour résoudre le problème croissant de la pollution plastique sur Terre. Une nouvelle étude pourrait améliorer la capacité d'une méthode, appelée pyrolyse, à traiter des plastiques mixtes difficiles à recycler - comme les emballages alimentaires multicouches - et à générer du carburant comme sous-produit, ont déclaré les scientifiques.

La pyrolyse consiste à chauffer le plastique dans un environnement sans oxygène, provoquant la décomposition des matériaux et créant de nouveaux combustibles liquides ou gazeux au cours du processus. Cependant, les applications commerciales actuelles fonctionnent en dessous de l'échelle nécessaire ou ne peuvent gérer que certains types de plastiques, ont déclaré les scientifiques.

"Nous avons une compréhension très limitée de la pyrolyse des plastiques mixtes", a déclaré Hilal Ezgi Toraman, professeur adjoint d'ingénierie énergétique et d'ingénierie chimique à Penn State. "Comprendre les effets d'interaction entre différents polymères lors du recyclage avancé est très important alors que nous essayons de développer des technologies capables de recycler de vrais déchets plastiques."

Les scientifiques ont effectué une co-pyrolyse de deux des types les plus courants de plastique, le polyéthylène basse densité (LDPE) et le polyéthylène téréphtalate (PET), ainsi que différents catalyseurs pour étudier les effets d'interaction entre les plastiques. Ils ont découvert qu'un catalyseur pouvait être un bon candidat pour convertir les déchets mélangés de LDPE et de PET en carburants liquides de valeur. Les catalyseurs sont des matériaux ajoutés à la pyrolyse qui peuvent faciliter le processus, par exemple en incitant le plastique à se décomposer de manière sélective et à des températures plus basses.

"Ce type de travail peut nous permettre de fournir des lignes directrices ou des suggestions à l'industrie", a déclaré Toraman, qui est membre de la faculté Virginia S. et Philip L. Walker Jr. au département d'ingénierie énergétique et minérale de la famille John et Willie Leone à Penn. État. "Il est important de découvrir quel type de synergies existent entre ces matériaux lors du recyclage avancé et à quels types d'applications ils peuvent convenir avant de passer à l'échelle supérieure."

Les plastiques, LDPE et PET, se trouvent couramment dans les emballages alimentaires, qui se composent souvent de couches de différents matériaux plastiques conçus pour garder les produits frais et sûrs, mais sont également difficiles à recycler avec les procédés traditionnels car les couches doivent être séparées, ce qui est un processus coûteux.

"Si vous voulez les recycler, vous devez essentiellement séparer ces couches et peut-être faire quelque chose avec les flux uniques", a déclaré Toraman. "Mais la pyrolyse peut le gérer, c'est donc une option très importante. Il n'est pas facile de trouver une telle technique qui puisse accepter cette complexité désordonnée de ces différents matériaux plastiques."

La première étape du développement de nouveaux procédés commerciaux de pyrolyse repose sur une meilleure compréhension mécaniste de la façon dont les mélanges dynamiques de déchets plastiques se décomposent et interagissent, ont déclaré les scientifiques.

Les scientifiques ont effectué une pyrolyse sur le LDPE et le PET séparément et ensemble et ont observé des effets d'interaction entre les deux polymères lors de tests avec chacun des trois catalyseurs qu'ils ont utilisés. Les scientifiques ont rapporté les résultats dans la revue Reaction Chemistry &Engineering .

"Nous avons vu des produits qui peuvent être de très bons candidats pour l'application d'essence", a déclaré Toraman.

L'équipe a également développé un modèle cinétique capable de modéliser avec précision les effets d'interaction observés lors de la co-pyrolyse du LDPE et du PET avec chacun des catalyseurs. Les modèles cinétiques tentent de prédire le comportement d'un système et sont importants pour mieux comprendre pourquoi les réactions se produisent.

Le groupe de recherche de Toraman se concentre sur la réalisation d'expériences dans des conditions bien définies et bien contrôlées pour comprendre les effets d'interaction lors du recyclage avancé de plastiques mélangés et les mécanismes de réaction correspondants.

"Des études systématiques et fondamentales sur la compréhension des voies de réaction et le développement de modèles cinétiques sont les premières étapes vers l'optimisation des processus", a déclaré Toraman. "Si nous n'avons pas nos modèles cinétiques corrects, nos mécanismes de réaction avec précision, alors si nous passons à l'échelle pour des usines pilotes ou des opérations à grande échelle, les résultats ne seront pas précis."

Toraman a déclaré qu'elle espérait que la recherche mènerait à une meilleure responsabilité environnementale dans la récupération, le traitement et l'utilisation des ressources de la Terre.

Une analyse mondiale de tous les plastiques produits en masse a révélé qu'un total de 8,3 milliards de tonnes métriques de nouveaux plastiques sont estimés être générés dans le monde à ce jour. Depuis 2015, 79 % des déchets plastiques, qui contiennent de nombreux produits chimiques dangereux, s'accumulent dans des décharges ou des environnements naturels, dont environ 12 % sont incinérés et seulement 9 % sont recyclés.

« Quoi que nous fassions, c'est mieux que de ne rien faire », a déclaré Toraman. "Nous devons réintégrer ces plastiques dans l'économie, pour avoir une économie circulaire, sinon ils finiront simplement dans des décharges, libérant des substances potentiellement toxiques dans le sol et l'eau ou contaminant les océans. Donc, faire quelque chose, trouver une valeur, c'est mieux que rien. Les plastiques sont actuellement considérés comme des déchets car nous traitons ces précieuses ressources comme des déchets."

Other Penn State researchers on this project were Sean Timothy Okonsky, doctoral student in the Department of Chemical Engineering, and J.V. Jayarama Krishna, postdoctoral researcher in the John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering. + Explorer plus loin

How we can turn plastic waste into green energy