Les bioplastiques tels que l'acide polylactique (PLA) ont été inventés pour aider à résoudre la crise des déchets plastiques, mais ils finissent souvent par rendre la gestion des déchets plus difficile.

Parce que ces matériaux ressemblent tellement aux plastiques conventionnels à base de pétrole, de nombreux produits ne finissent pas dans les composteurs, où ils se décomposent comme prévu, mais sont plutôt ajoutés au flux de recyclage par des consommateurs bien intentionnés. Là, les produits sont déchiquetés et fondus avec les plastiques recyclables, ce qui diminue la qualité du mélange et rend plus difficile la fabrication de produits fonctionnels à partir de résine plastique recyclée.

La seule solution, à l’heure actuelle, est d’essayer de séparer les différents plastiques dans les installations de recyclage. Pourtant, même avec les outils de tri automatisés les plus haut de gamme, certains plastiques biosourcés finissent par contaminer les flux triés.

Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et du Joint BioEnergy Institute (JBEI) collaborent avec X, l'incubateur Moonshot dirigé par Alphabet, la société mère de Google, non seulement pour éviter l'étape problématique de séparation, mais également pour améliorer le produit final. pour la planète.

L'équipe a inventé un processus simple « one pot » pour décomposer les mélanges de plastiques à base de pétrole et de bio-plastiques à l'aide de solutions salines d'origine naturelle associées à des microbes spécialisés. Dans une seule cuve, les sels agissent comme un catalyseur pour décomposer les matériaux à partir de polymères, de grandes structures de molécules répétitives liées entre elles, en molécules individuelles appelées monomères, que les microbes fermentent ensuite pour former un nouveau type de polymère biodégradable qui peut être fabriqué. en produits frais. Le processus est décrit dans un document One Earth. article publié le 17 novembre.

"C'est assez ironique parce que le but de l'utilisation de plastiques d'origine biologique est d'être plus durable, mais cela pose des problèmes", a déclaré le premier auteur Chang Dou, associé principal en ingénierie scientifique à l'Unité de développement de procédés avancés de biocarburants et de bioproduits (ABPDU) à Laboratoire de Berkeley.

Dou a récemment été nommé l'un des 35 Under 35 de l'American Institute of Chemical Engineer. « Notre projet tente de contourner le problème de la séparation et de faire en sorte que vous n'ayez pas à vous soucier de savoir si vous mélangez votre bac de recyclage. tout le plastique dans un seau."

En plus de rationaliser le recyclage, l’approche de l’équipe pourrait permettre la fabrication biosourcée d’autres produits de valeur en utilisant les mêmes bactéries qui grignotent joyeusement les monomères plastiques. Imaginez un monde où les biocarburants ou même les médicaments pourraient être fabriqués à partir de déchets plastiques, dont environ 8,3 milliards de tonnes traînent dans les décharges.

"Il y a un débat ouvert sur la possibilité d'utiliser les déchets plastiques comme source de carbone pour la biofabrication. C'est une idée très avancée. Mais nous avons prouvé qu'en utilisant les déchets plastiques, nous pouvons nourrir les microbes. Avec davantage d'outils de génie génétique, les microbes pourraient être capables de croître sur plusieurs types de plastiques en même temps. Nous prévoyons la possibilité de poursuivre cette étude en remplaçant les sucres, sources traditionnelles de carbone pour les microbes, par des plastiques mixtes traités, difficiles à recycler, qui peuvent être convertis en produits de valeur. par fermentation", a déclaré Zilong Wang, chercheur postdoctoral à l'UC Berkeley travaillant au JBEI.

La prochaine étape des scientifiques du Berkeley Lab consiste à expérimenter d'autres catalyseurs à base de sel organique pour essayer d'en trouver un qui soit à la fois très efficace pour décomposer les polymères et qui puisse être réutilisé en plusieurs lots pour réduire les coûts. Ils modélisent également la manière dont le processus fonctionnerait à grande échelle dans des installations de recyclage réelles.

Dans leur article, les scientifiques ont démontré le potentiel de leur approche dans des expériences en laboratoire avec des mélanges de polyéthylène téréphtalate (PET) – le plastique à base de pétrole le plus courant, utilisé dans des choses comme les bouteilles d'eau et transformé en fibres de polyester – et de PLA, le plastique biosourcé le plus courant.

Ils ont utilisé un catalyseur salin à base d'acides aminés précédemment développé par des collègues du JBEI et une souche de Pseudomonas putida conçue par des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge.

Cette combinaison a réussi à décomposer 95 % du mélange PET/PLA et à convertir les molécules en un type de polymère polyhydroxyalcanoate (PHA). Les PHA constituent une nouvelle classe de substituts de plastique biodégradables conçus pour se décomposer efficacement dans divers environnements naturels, contrairement aux plastiques à base de pétrole.

Hemant Choudhary, membre de l'équipe, a noté que même si leur processus de recyclage chimique n'est actuellement éprouvé que pour les plastiques PET contaminés par du PLA biodégradable, il serait néanmoins bénéfique pour les divers flux de plastique rencontrés dans les véritables installations de recyclage.

"Il peut être complètement intégré aux sources de plastique existantes", a déclaré Choudhary, un scientifique des Sandia National Laboratories travaillant au JBEI. La plupart des produits commerciaux ne sont pas constitués d’un seul type de plastique, mais d’une poignée de types différents combinés, a-t-il expliqué. Par exemple, une veste polaire est fabriquée avec des polyesters à base de PET ainsi que des polyoléfines ou des polyamides.

"Nous pouvons l'introduire dans notre processus tout-en-un et traiter facilement le composant polyester de ce mélange et le convertir en bioplastique. Ces monomères sont solubles dans l'eau, mais les parties restantes, les polyoléfines ou les polyamides, ne le sont pas." Les restes peuvent être facilement éliminés par simple filtration, puis envoyés vers un processus de recyclage mécanique traditionnel où le matériau est déchiqueté et fondu, a déclaré Choudhary.

"Le recyclage chimique est un sujet brûlant, mais il est difficile de le réaliser à l'échelle commerciale car toutes les étapes de séparation sont très coûteuses", a déclaré Ning Sun, chercheur scientifique à l'ABPDU, auteur principal et chercheur principal de ce projet. .

"Mais en utilisant un catalyseur biocompatible dans l'eau, les microbes peuvent convertir directement les plastiques dépolymérisés sans étapes de séparation supplémentaires. Ces résultats sont très intéressants, même si nous reconnaissons qu'un certain nombre d'améliorations sont encore nécessaires pour réaliser la viabilité économique du procédé développé. "

Les co-auteurs Nawa R. Baral et Corinne Scown, experts en analyse technoéconomique au JBEI et dans le domaine des biosciences du Berkeley Lab, ont également démontré qu'une fois optimisé avec une solution saline réutilisable, le processus pourrait réduire le coût et l'empreinte carbone des PHA de 62 % et 29 %. %, respectivement, par rapport à la production commerciale actuelle de PHA.

Plus d'informations : Ning Sun et al, Une approche hybride chimique-biologique peut valoriser les déchets plastiques mélangés avec un coût et une empreinte carbone réduits, One Earth (2023). DOI :10.1016/j.oneear.2023.10.015. www.cell.com/one-earth/fulltex… 2590-3322(23)00490-6

Informations sur le journal : Une Terre

Fourni par le Laboratoire national Lawrence Berkeley