La nouvelle méthode, décrite dans le numéro du 11 août de la revue Science, pourrait accroître les incitations économiques au recyclage du plastique et ouvrir la porte au recyclage de nouveaux types de plastique. Les chercheurs estiment que leurs méthodes pourraient également réduire d’environ 60 % les émissions de gaz à effet de serre liées à la production conventionnelle de ces produits chimiques industriels.
La nouvelle technique s'appuie sur quelques techniques de traitement chimique existantes. La première est la pyrolyse, dans laquelle les plastiques sont chauffés à des températures élevées dans un environnement sans oxygène. Le résultat est une huile de pyrolyse, un mélange liquide de divers composés. L'huile de pyrolyse contient de grandes quantités d'oléfines --, une classe d'hydrocarbures simples qui constituent un élément central des produits chimiques et polymères actuels, notamment divers types de polyesters, de tensioactifs, d'alcools et d'acides carboxyliques.
Dans les processus actuels à forte consommation d'énergie comme le vapocraquage, les fabricants de produits chimiques produisent des oléfines en soumettant le pétrole à une chaleur et une pression extrêmement élevées. Dans ce nouveau procédé, l'équipe de l'UW-Madison récupère les oléfines de l'huile de pyrolyse et les utilise dans un procédé chimique beaucoup moins énergivore appelé catalyse d'hydroformylation homogène. Ce processus convertit les oléfines en aldéhydes, qui peuvent ensuite être réduits en alcools industriels importants.
"Ces produits peuvent être utilisés pour fabriquer une large gamme de matériaux de plus grande valeur", explique George Huber, professeur de génie chimique et biologique qui a dirigé les travaux aux côtés du chercheur postdoctoral Houqian Li et du doctorant Jiayang Wu.
Ces matériaux de plus grande valeur comprennent des ingrédients utilisés pour fabriquer des savons et des nettoyants, ainsi que d'autres polymères plus utiles.
"Nous sommes vraiment enthousiasmés par les implications de cette technologie", déclare Huber, qui dirige également le Centre pour le recyclage chimique des déchets plastiques, financé par le ministère de l'Énergie. "Il s'agit d'une plate-forme technologique permettant de valoriser les déchets plastiques grâce à la chimie de l'hydroformylation."
L’industrie du recyclage pourrait bientôt adopter le procédé ; ces dernières années, au moins 10 grandes entreprises chimiques ont construit ou annoncé des projets d’installations pour produire des huiles de pyrolyse à partir de déchets plastiques. Beaucoup d’entre eux font passer l’huile de pyrolyse dans des vapocraqueurs pour produire des composés de faible valeur. La nouvelle technique de recyclage chimique pourrait offrir une manière plus durable et plus lucrative d’utiliser ces huiles.
"Actuellement, ces entreprises ne disposent pas d'une très bonne approche pour valoriser l'huile de pyrolyse", explique Li. "Dans ce cas, nous pouvons obtenir des alcools de grande valeur valant entre 1 200 $ et 6 $000 la tonne à partir de déchets plastiques, qui ne valent qu'environ 100 $ la tonne. De plus, ce processus utilise la technologie et les techniques existantes. Il est relativement facile à mettre à l'échelle.
L'étude était le fruit d'un effort de collaboration entre plusieurs départements différents de l'UW-Madison, explique Huber. Clark Landis, directeur du Département de chimie et expert mondial en hydroformylation, a suggéré la possibilité d'appliquer la technique aux huiles de pyrolyse. Le professeur de génie chimique et biologique Manos Mavarikakis a utilisé une modélisation avancée pour fournir un aperçu des processus chimiques au niveau moléculaire. Le professeur d'ingénierie chimique et biologique Victor Zavala a également contribué à l'analyse des aspects économiques de la technique et du cycle de vie des déchets plastiques.
La prochaine étape pour l’équipe consiste à affiner le processus et à mieux comprendre quelles combinaisons de plastiques recyclés et de catalyseurs produisent quels produits chimiques finaux.
"Il y a tellement de produits différents et tellement de voies que nous pouvons suivre avec cette technologie de plate-forme", déclare Huber. "Il existe un marché énorme pour les produits que nous fabriquons. Je pense que cela pourrait vraiment changer l'industrie du recyclage du plastique."
(ressource de : Université du Wisconsin-Madison. « Un nouveau processus de recyclage pourrait trouver des marchés pour les déchets plastiques « indésirables ». » ScienceDaily. ScienceDaily, 11 août 2023.
