Des scientifiques de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, de l’Université de Californie à Santa Barbara et de Dow ont mis au point un procédé révolutionnaire pour transformer le plastique le plus produit – le polyéthylène (PE) – en le deuxième plastique le plus produit, le polypropylène ( PP), ce qui pourrait réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES).
« Le monde a besoin d’options plus nombreuses et meilleures pour extraire l’énergie et la valeur moléculaire de ses déchets plastiques », a déclaré la co-auteure principale Susannah Scott, professeur émérite et titulaire de la chaire Mellichamp de traitement catalytique durable à l’UC Santa Barbara. Les méthodes conventionnelles de recyclage du plastique produisent des molécules de plastique de faible valeur et, par conséquent, n’incitent guère à recycler les montagnes de déchets plastiques qui se sont accumulées au cours des dernières décennies. Mais, a ajouté Scott, « transformer le polyéthylène en propylène, qui peut ensuite être utilisé pour fabriquer un nouveau polymère, c’est ainsi que nous commençons à construire une économie circulaire pour les plastiques ».
« Nous avons commencé par conceptualiser cette approche et avons d’abord démontré sa promesse par le biais d’une modélisation théorique – nous avons maintenant prouvé qu’elle peut être réalisée expérimentalement d’une manière évolutive et potentiellement applicable aux demandes actuelles de l’industrie », a déclaré le co-auteur principal Damien Guironnet, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l’Illinois, qui a publié la première étude décrivant les réactions catalytiques nécessaires en 2020.
La nouvelle étude publiée dans le Journal de l’American Chemical Society annonce une série de réactions catalytiques couplées qui transforment le PE, qui est le plastique n° 2 et n° 4 qui représente 29 % de la consommation mondiale de plastique, en le bloc de construction propylène qui est l’ingrédient clé pour produire le PP, également connu sous le nom de plastique n° 5 qui représente près de 25 % de la consommation mondiale de plastique.
Cette étude établit une preuve de concept pour le recyclage du plastique PE avec plus de 95 % de sélectivité en propylène. Les chercheurs ont construit un réacteur qui crée un flux continu de propylène qui peut être facilement converti en PP à l’aide de la technologie actuelle, ce qui rend cette découverte évolutive et rapidement implémentable.
« Notre analyse préliminaire suggère que si seulement 20% du PE mondial pouvait être récupéré et converti via cette voie, cela pourrait représenter une économie potentielle d’émissions de GES comparable au retrait de 3 millions de voitures de la route », a déclaré Garrett Strong, un étudiant diplômé. associés au projet.
Le but est de couper plusieurs fois chaque très longue molécule de PE pour obtenir de nombreux petits morceaux, qui sont les molécules de propylène. Tout d’abord, un catalyseur élimine l’hydrogène du PE, créant un emplacement réactif sur la chaîne. Ensuite, la chaîne est scindée en deux à cet endroit à l’aide d’un deuxième catalyseur, qui coiffe les extrémités à l’aide d’éthylène. Enfin, un troisième catalyseur déplace le site réactif le long de la chaîne PE afin que le processus puisse être répété. Finalement, tout ce qui reste est un grand nombre de molécules de propylène.
« Pensez à couper une baguette en deux, puis à couper des morceaux de taille précise à l’extrémité de chaque moitié – où la vitesse à laquelle vous coupez contrôle la taille de chaque tranche », a déclaré Guironnet.
« Maintenant que nous avons établi la preuve de concept, nous pouvons commencer à améliorer l’efficacité du processus en concevant des catalyseurs plus rapides et plus productifs, permettant une mise à l’échelle », a déclaré Scott. « Étant donné que notre produit final est déjà compatible avec les procédés de séparation actuels de l’industrie, de meilleurs catalyseurs permettront de mettre en œuvre rapidement cette percée. »
Le travail présenté dans cette publication est très complémentaire d’un article publié dans La science La semaine dernière. Les deux groupes ont utilisé des plastiques vierges et des produits chimiques similaires. Cependant, l’équipe scientifique a utilisé un processus différent dans un réacteur discontinu fermé, nécessitant une pression beaucoup plus élevée – qui consomme beaucoup d’énergie – et la nécessité de recycler plus d’éthylène.
« Si nous voulons recycler une fraction importante des plus de 100 millions de tonnes de déchets plastiques que nous générons chaque année, nous avons besoin de solutions hautement évolutives », a déclaré Guironnet. « Notre équipe a démontré la chimie dans un réacteur à flux que nous avons développé pour produire du propylène de manière hautement sélective et en continu. Il s’agit d’une avancée clé pour résoudre l’immense volume du problème auquel nous sommes confrontés. »
Les chercheurs de Dow ont également participé à ces travaux. « Dow joue un rôle de premier plan dans la conduite d’une économie plus circulaire en concevant pour la circularité, en créant de nouveaux modèles commerciaux pour les matériaux circulaires et en s’associant pour mettre fin aux déchets plastiques », a déclaré Ivan Konstantinov, scientifique principal et co-auteur de Dow. « En tant que bailleur de fonds de ce projet, nous nous engageons à trouver de nouvelles façons d’éliminer les déchets plastiques et nous sommes encouragés par cette approche. »
