Un nouveau protocole de pyrolyse pour le recyclage chimique des polymères a été développé par des chercheurs aux États-Unis. La technique, qui utilise des impulsions électriques pour chauffer les déchets de polymère, minimise les réactions secondaires et produit ainsi plus de monomère.

Alors que les insuffisances du recyclage traditionnel pour gérer les déchets plastiques deviennent de plus en plus évidentes, les scientifiques se tournent de plus en plus vers des méthodes chimiques, soit en les utilisant comme matière première pour produire d’autres matériaux, soit en les dépolymérisant complètement afin qu’ils puissent être transformés en polymère vierge à partir de rien. Cependant, de nombreux schémas de dépolymérisation embryonnaire nécessitent le remplacement des polymères commerciaux actuels par des alternatives chimiques qui peuvent être dépolymérisées à l’aide de réactions spécifiques.

À l’heure actuelle, une méthode de recyclage chimique largement utilisée pour de nombreux plastiques est la pyrolyse ou décomposition thermique. Cependant, le rendement d’équilibre du monomère est souvent très faible. En l’absence de catalyseur, par exemple, la pyrolyse du polypropylène ne produit qu’environ 10 % de propylène car diverses réactions concurrentes produisent des produits secondaires indésirables et parfois toxiques tels que des paraffines et des aromatiques. Même avec des catalyseurs optimisés, le rendement est souvent inférieur à 25 %.

Des chercheurs dirigés par Yiguang Ju de l’Université de Princeton dans le New Jersey et Liangbing Hu de l’Université du Maryland, College Park ont ​​avancé une technique qu’ils ont développée l’année dernière dans laquelle de courtes impulsions d’un radiateur électrique augmentent périodiquement la température du mélange réactionnel et lui permettent de refroidir. .¹ Cela empêche la réaction d’atteindre l’équilibre thermodynamique et permet d’optimiser le rendement du produit. Pour les nouveaux travaux, ils ont conçu un réacteur comprenant une bicouche de feutre de carbone poreux avec le chauffage pulsé fourni au sommet.

Les polymères réactifs fondus pénètrent dans la couche inférieure et sont aspirés à travers le matériau poreux et se décomposent progressivement à mesure que la température augmente. Au fur et à mesure que les molécules deviennent plus petites, leur volatilité augmente. Ils sont donc expulsés vers le haut sous forme de gaz, attirant plus de polymère liquide vers le bas. Lorsque la température oscille, les réactions de dépolymérisation plus simples sont favorisées par rapport aux réactions secondaires qui nécessitent une thermalisation supplémentaire et ont des mécanismes plus complexes. De plus, le gradient spatial, dans lequel des molécules plus petites, partiellement dépolymérisées, atteignent des températures plus élevées, favorise la dépolymérisation. Les besoins en énergie – qui sont plus faibles en raison du régime pulsé – pourraient potentiellement être fournis efficacement par de l’électricité renouvelable.

Le rendement global en monomères était d’environ 36 % à partir de la dépolymérisation du polypropylène sans nécessiter de catalyseur. « Les 64 % restants seront composés de petites molécules telles que le méthane, l’acétylène et de plus grosses molécules – il y aura des aromatiques – et nous travaillons actuellement à améliorer encore l’efficacité », explique le chimiste des matériaux Qi Dong de l’Université du Maryland.

Cependant, Anthony Ryan de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni n’est pas enthousiaste. «Cet article est typique d’une recherche bien intentionnée mais pas vraiment bien pensée», dit-il. Lorsque les émissions de carbone associées à la pyrolyse sont prises en compte, il soutient que l’empreinte carbone de la production de carburant par pyrolyse est tellement plus importante que la production de carburants vierges que, même si la moitié des résidus ne convenait qu’à la combustion, une analyse du cycle de vie montrent que le processus est plus intensif en carbone que la production de carburant vierge. Il pense que le processus pourrait avoir du potentiel s’il peut synthétiser des monomères qui sont autrement difficiles à récupérer, mais conclut que, compte tenu des 100 millions de tonnes de production de polyoléfines, l’affirmation du résumé selon laquelle il « offre potentiellement une solution au problème mondial des déchets plastiques » est un étirement.

«Les approches de recyclage du plastique basées sur la pyrolyse sont souvent énergivores et lourdes en carbone, en effet», répond Hu. «Cependant, au lieu d’un chauffage conventionnel à base de combustibles fossiles, notre processus est alimenté par un chauffage électrifié, qui peut être couplé à l’électricité renouvelable de plus en plus disponible pour réduire considérablement l’empreinte carbone. De plus, le chauffage électrifié est pulsé, ce qui peut être utilisé pour améliorer l’efficacité énergétique.