Notre planète s’étouffe à cause du plastique. Parmi les pires contrevenants, dont la dégradation dans les décharges peut prendre des décennies, on trouve le polypropylène (utilisé pour des produits tels que les emballages alimentaires et les pare-chocs) et le polyéthylène, que l’on trouve dans les sacs en plastique, les bouteilles, les jouets et même le paillis.
Le polypropylène et le polyéthylène peuvent être recyclés, mais le processus peut être difficile et produit souvent de grandes quantités de méthane, un gaz à effet de serre. Ce sont tous deux des polyoléfines, qui sont les produits de la polymérisation de l’éthylène et du propylène, des matières premières principalement dérivées des combustibles fossiles. Les liaisons des polyoléfines sont également notoirement difficiles à rompre.
Des chercheurs de l’Université de Berkeley, en Californie, ont mis au point une méthode de recyclage de ces polymères qui utilise des catalyseurs qui brisent facilement leurs liaisons, les transformant en propylène et en isobutylène, qui sont des gaz à température ambiante. Ces gaz peuvent ensuite être recyclés en nouveaux plastiques.
« Étant donné que le polypropylène et le polyéthylène font partie des plastiques les plus difficiles et les plus coûteux à séparer les uns des autres dans un flux de déchets mixtes, il est essentiel que [a recycling] « Ce processus s’applique aux deux polyoléfines », a déclaré l’équipe de recherche dans une étude récemment publiée dans Science.
Décomposer
Le procédé de recyclage utilisé par l’équipe est connu sous le nom d’éthénolyse isomérisante, qui repose sur un catalyseur pour décomposer les chaînes de polymères oléfiniques en petites molécules. Les liaisons du polyéthylène et du polypropylène sont très résistantes aux réactions chimiques car ces deux polyoléfines ont de longues chaînes de liaisons carbone-carbone simples. La plupart des polymères ont au moins une double liaison carbone-carbone, qui est beaucoup plus facile à rompre.
L’éthénolyse isomérisante avait déjà été tentée par les mêmes chercheurs, mais les catalyseurs utilisés jusqu’alors étaient des métaux coûteux qui ne restaient pas purs assez longtemps pour transformer tout le plastique en gaz. L’utilisation de sodium sur de l’alumine suivie d’oxyde de tungstène sur de la silice s’est avérée beaucoup plus économique et efficace, même si les températures élevées requises pour la réaction ont augmenté un peu le coût.
Dans les deux cas, l’exposition au sodium sur l’alumine a brisé chaque chaîne polymère en chaînes polymères plus courtes et a créé des doubles liaisons carbone-carbone cassables aux extrémités. Les chaînes ont continué à se briser encore et encore. Les deux ont ensuite subi un deuxième processus connu sous le nom de métathèse des oléfines. Ils ont été exposés à un flux de gaz éthylène s’écoulant dans une chambre de réaction tout en étant introduits dans de l’oxyde de tungstène sur de la silice, ce qui a entraîné la rupture des liaisons carbone-carbone.
La réaction rompt toutes les liaisons carbone-carbone du polyéthylène et du polypropylène, les atomes de carbone libérés lors de la rupture de ces liaisons finissant par se fixer sur des molécules d’éthylène. « L’éthylène est essentiel à cette réaction, car c’est un co-réactif », a expliqué à Ars Technica le chercheur RJ Conk, l’un des auteurs de l’étude. « Les liaisons rompues réagissent alors avec l’éthylène, ce qui les retire de la chaîne. Sans éthylène, la réaction ne peut pas avoir lieu. »
La chaîne entière est catalysée jusqu’à ce que le polyéthylène soit entièrement converti en propylène, et le polypropylène soit converti en un mélange de propylène et d’isobutylène.
Cette méthode est très sélective, ce qui signifie qu’elle produit une grande quantité du produit souhaité : du propylène dérivé du polyéthylène, ainsi que du propylène et de l’isobutylène dérivés du polypropylène. Ces deux produits chimiques sont très demandés ; le propylène est une matière première importante pour l’industrie chimique, tandis que l’isobutylène est un monomère fréquemment utilisé dans de nombreux polymères différents, notamment le caoutchouc synthétique et un additif pour l’essence.
Mélanger les choses
Les plastiques étant souvent mélangés dans les centres de recyclage, les chercheurs ont voulu voir ce qui se passerait si le polypropylène et le polyéthylène subissaient ensemble une éthénolyse isomérisante. La réaction s’est avérée fructueuse, transformant le mélange en propylène et en isobutylène, avec un peu plus de propylène que d’isobutylène.
Les mélanges contiennent généralement des contaminants sous forme de plastiques supplémentaires. L’équipe a donc voulu voir si la réaction fonctionnerait toujours en présence de contaminants. Elle a fait des expériences avec des objets en plastique qui seraient autrement jetés, notamment une centrifugeuse et un sac à pain, qui contenaient tous deux des traces d’autres polymères que le polypropylène et le polyéthylène. La réaction n’a produit qu’un peu moins de propylène et d’isobutylène qu’avec des versions non altérées des polyoléfines.
Un autre test a consisté à introduire différents plastiques, tels que le PET et le PVC, dans le polypropylène et le polyéthylène pour voir si cela ferait une différence. Ces derniers ont réduit considérablement le rendement. Si cette approche doit être couronnée de succès, il faudra éliminer toutes les traces de contaminants, à l’exception des plus infimes, des produits en polypropylène et en polyéthylène avant qu’ils ne soient recyclés.
Bien que cette méthode de recyclage semble pouvoir éviter des tonnes et des tonnes de déchets, elle devra être considérablement développée pour y parvenir. Lorsque l’équipe de recherche a augmenté l’échelle de l’expérience, elle a produit le même rendement, ce qui semble prometteur pour l’avenir. Cependant, nous devrons construire des infrastructures considérables avant que cela puisse réduire nos déchets plastiques.
« Nous espérons que le travail décrit… conduira à des méthodes pratiques pour… [producing] « De nouveaux polymères », ont déclaré les chercheurs dans la même étude. « Ce faisant, la demande de production de ces produits chimiques essentiels à partir de sources de carbone fossiles et les émissions de gaz à effet de serre associées pourraient être considérablement réduites. »
Sciences, 2024. DOI: 10.1126/science.adq731