Dans le classique de l'aventure Retour vers le futur, Emmett "Doc" Brown utilise l'énergie générée à partir des déchets pour alimenter sa machine à remonter le temps DeLorean. Mais alors qu'une machine à remonter le temps est peut-être encore loin, la perspective d'utiliser des déchets comme carburant n'est pas si éloignée de la réalité. Plastiques, en particulier, contiennent principalement du carbone et de l'hydrogène, avec un contenu énergétique similaire à celui des carburants conventionnels tels que le diesel.

Les plastiques sont parmi les déchets les plus précieux - bien qu'avec la façon dont les gens les jettent, vous ne le sauriez probablement pas. Il est possible de convertir tous les plastiques directement en formes d'énergie et de produits chimiques utiles pour l'industrie, en utilisant un procédé appelé "pyrolyse à plasma froid".

La pyrolyse est une méthode de chauffage, qui décompose les matières organiques à des températures comprises entre 400℃ et 650℃, dans un environnement avec peu d'oxygène. La pyrolyse est normalement utilisée pour générer de l'énergie sous forme de chaleur, électricité ou combustibles, mais cela pourrait être encore plus bénéfique si le plasma froid était incorporé dans le processus, pour aider à récupérer d'autres produits chimiques et matériaux.

Le cas de la pyrolyse plasma froid

La pyrolyse plasma froid permet de transformer les déchets plastiques en hydrogène, méthane et éthylène. L'hydrogène et le méthane peuvent être utilisés comme combustibles propres, puisqu'ils ne produisent que des quantités minimes de composés nocifs tels que la suie, hydrocarbures imbrûlés et dioxyde de carbone (CO₂). Et l'éthylène est l'élément de base de la plupart des plastiques utilisés dans le monde aujourd'hui.

Tel qu'il est, 40% des déchets de produits plastiques aux États-Unis et 31% dans l'UE sont envoyés en décharge. Les déchets plastiques représentent également 10 à 13 % des déchets solides municipaux. Ce gaspillage a d'énormes effets néfastes sur les océans et d'autres écosystèmes.

Bien sûr, brûler des plastiques pour produire de l'énergie est normalement bien mieux que de les gaspiller. Mais la combustion ne récupère pas les matériaux pour les réutiliser, et si les conditions ne sont pas étroitement contrôlées, il peut avoir des effets néfastes sur l'environnement tels que la pollution de l'air.

Dans une économie circulaire - où les déchets sont recyclés en de nouveaux produits, plutôt que d'être jetés - les technologies qui donnent une nouvelle vie aux déchets plastiques pourraient transformer le problème du montage des déchets plastiques. Plutôt que de gaspiller du plastique, la pyrolyse à plasma froid peut être utilisée pour récupérer des matériaux de valeur, qui peuvent être renvoyés directement dans l'industrie.

Comment récupérer les déchets plastiques

Dans notre étude récente, nous avons testé l'efficacité de la pyrolyse à plasma froid à l'aide de sacs en plastique, bouteilles de lait et d'eau de Javel collectées par un centre de recyclage local à Newcastle, ROYAUME-UNI.

Nous avons constaté que 55 fois plus d'éthylène a été récupéré à partir de [polyéthylène haute densité (PEHD)] - qui est utilisé pour produire des objets du quotidien tels que des bouteilles en plastique et des tuyaux - en utilisant du plasma froid, par rapport à la pyrolyse conventionnelle. Environ 24 % du poids du plastique a été converti du HDPE directement en produits de valeur.

Les technologies plasma ont été utilisées dans le passé pour traiter les déchets dangereux, mais le processus se produit à des températures très élevées de plus de 3, 000°C, et nécessite donc un système de refroidissement complexe et énergivore. Le procédé de pyrolyse plasma froid que nous avons étudié fonctionne à seulement 500℃ à 600℃ en combinant chauffage conventionnel et plasma froid, ce qui signifie que le processus nécessite relativement beaucoup moins d'énergie.

Le plasma froid, qui est utilisé pour rompre les liaisons chimiques, déclencher et exciter des réactions, est généré à partir de deux électrodes séparées par une ou deux barrières isolantes.

Le plasma froid est unique car il produit principalement des électrons chauds (hautement énergétiques) - ces particules sont idéales pour briser les liaisons chimiques des plastiques. L'électricité pour produire le plasma froid pourrait provenir d'énergies renouvelables, avec les produits chimiques dérivés du processus utilisé comme une forme de stockage d'énergie :où l'énergie est conservée sous une forme différente pour être utilisée plus tard.

Les avantages de l'utilisation du plasma froid par rapport à la pyrolyse conventionnelle sont que le processus peut être étroitement contrôlé, facilitant la rupture des liaisons chimiques dans le HDPE qui transforment efficacement les hydrocarbures lourds des plastiques en des plus légers. Vous pouvez utiliser le plasma pour convertir les plastiques en d'autres matériaux; l'hydrogène et le méthane pour l'énergie, ou de l'éthylène et des hydrocarbures pour les polymères ou d'autres procédés chimiques.

Le meilleur de tous, le temps de réaction avec le plasma froid est de quelques secondes, ce qui rend le processus rapide et potentiellement bon marché. Donc, La pyrolyse à plasma froid pourrait offrir une gamme d'opportunités commerciales pour transformer quelque chose que nous gaspillons actuellement en un produit de valeur.

Le Royaume-Uni peine actuellement à atteindre un objectif de 50 % de recyclage des ménages pour 2020. Mais nos recherches démontrent une place possible pour les plastiques dans une économie circulaire. Avec pyrolyse plasma froid, il est peut-être encore possible de réaliser la vraie valeur des déchets plastiques – et de les transformer en quelque chose de propre et utile.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.