Notre planète suffoque sous les plastiques. Parmi les plus mauvais représentants, on trouve le polypropylène, utilisé pour des produits tels que les emballages alimentaires et les pare-chocs, et le polyéthylène, présent dans les sacs plastiques, les bouteilles, les jouets, voire le paillis.
Le polypropylène et le polyéthylène peuvent être recyclés, mais ce processus peut être difficile et génère souvent de grandes quantités de gaz à effet de serre, comme le méthane. Ce sont tous deux des polyoléfines, issus de la polymérisation de l’éthylène et du propylène, des matières premières principalement dérivées des combustibles fossiles. De plus, les liaisons des polyoléfines sont notoirement difficiles à rompre.
Désormais, des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley ont développé une méthode de recyclage de ces polymères utilisant des catalyseurs capables de rompre facilement leurs liaisons, les convertissant en propylène et en isobutylène, qui sont des gaz à température ambiante. Ces gaz peuvent ensuite être recyclés pour produire de nouveaux plastiques.
« Parce que le polypropylène et le polyéthylène figurent parmi les plastiques les plus difficiles et coûteux à séparer les uns des autres dans un flux de déchets mélangés, il est crucial que [un processus de recyclage] s’applique aux deux polyoléfines », a déclaré l’équipe de recherche dans une étude récemment publiée dans Science.
Décomposer le problème
Le processus 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 oléfines en leurs petites molécules. Les liaisons du polyéthylène et du polypropylène sont fortement résistantes aux réactions chimiques car ces polyoléfines possèdent de longues chaînes de liaisons carbone-carbone simples. La plupart des polymères ont au moins une liaison carbone-carbone double, plus facile à rompre.
Bien que l’éthénolyse isomérisante ait déjà été testée par les mêmes chercheurs auparavant, les catalyseurs utilisés étaient des métaux coûteux ne restant pas purs longtemps pour convertir tout le plastique en gaz. L’utilisation de sodium sur alumine suivie d’oxyde de tungstène sur silice s’est révélée beaucoup plus économique et efficace, même si les températures élevées requises pour la réaction ont légèrement augmenté les coûts.
Dans ces plastiques, l’exposition au sodium sur alumine a cassé chaque chaîne polymère en chaînes de polymères plus courtes et créé des liaisons doubles carbone-carbone rompables aux extrémités. Les chaînes ont continué à se fragmenter. Elles ont ensuite subi un second processus connu sous le nom de méta-thèse des oléfines. Exposées à un flux de gaz éthylène dans une chambre de réaction tout en étant mises en contact avec de l’oxyde de tungstène sur silice, cela a conduit à la rupture des liaisons carbone-carbone.
La réaction rompt toutes les liaisons carbone-carbone dans le polyéthylène et le polypropylène, les atomes de carbone libérés lors de ces ruptures étant ensuite attachés à des molécules d’éthylène. « L’éthylène est essentiel à cette réaction, car il s’agit d’un co-réactif », a déclaré R.J. Conk, l’un des auteurs de l’étude. « Les liaisons rompues réagissent ensuite avec l’éthylène, ce qui extrait les liaisons de la chaîne. Sans éthylène, la réaction ne peut pas se produire. »
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 présente une grande sélectivité, ce qui signifie qu’elle produit une quantité importante du produit souhaité. Cela signifie que le propylène dérivé du polyéthylène, et le propylène ainsi que l’isobutylène dérivés du polypropylène sont tous deux produits en quantité appréciable. Ces deux produits chimiques sont très demandés, le propylène étant une matière première importante pour l’industrie chimique, tandis que l’isobutylène est un monomère fréquemment utilisé dans de nombreux polymères, y compris le caoutchouc synthétique et comme additif dans l’essence.
Mélanger les plastiques
Étant donné que les plastiques sont souvent mélangés dans les centres de recyclage, les chercheurs ont souhaité voir ce qui se passerait si le polypropylène et le polyéthylène subissaient ensemble l’éthénolyse isomérisante. La réaction a réussi, convertissant le mélange en propylène et isobutylène, avec légèrement plus de propylène que d’isobutylène.
Les mélanges contiennent également généralement des contaminants sous forme d’autres plastiques. L’équipe a donc voulu voir si la réaction fonctionnerait encore avec ces contaminants. Ils ont expérimenté avec des objets plastiques qui seraient autrement jetés, tels qu’une centrifugeuse et un sac à pain, qui contenaient toutes deux des traces d’autres polymères en plus du polypropylène et du polyéthylène. La réaction a donné un rendement légèrement inférieur en propylène et isobutylène par rapport aux versions non altérées des polyoléfines.
Un autre test consistait à introduire différents plastiques, tels que le PET et le PVC, au polypropylène et au polyéthylène pour voir si cela ferait une différence. Cela a effectivement diminué le rendement de manière significative. Si cette approche doit être couronnée de succès, il faudra éliminer presque toutes les traces de contaminants des produits en polypropylène et polyéthylène avant qu’ils ne soient recyclés.
Bien que cette méthode de recyclage semble prometteuse et capable de réduire considérablement les déchets, elle devra être considérablement augmentée pour atteindre cet objectif. 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. Toutefois, nous devrons construire une infrastructure importante avant que cela puisse réellement contribuer à la réduction de nos déchets plastiques.
« Nous espérons que le travail décrit… aboutira à des méthodes pratiques pour… [produire] de nouveaux polymères », ont déclaré les chercheurs dans la même étude. « En agissant ainsi, la demande de production de ces produits chimiques essentiels à partir de sources de carbone fossile et les émissions de gaz à effet de serre qui y sont associées pourraient être considérablement réduites. »
En tant que journaliste, je ne peux m’empêcher de penser aux implications de ces recherches. Si cette innovation se concrétise et si nous parvenons à surmonter les défis liés au recyclage des plastiques, nous pourrions changer notre manière d’approcher la gestion des déchets plastiques. C’est une étape vers une stratégie permanente pour lutter contre la pollution plastique qui menace notre Écosystème. Les solutions sont là, mais il est crucial que nous unissons nos efforts pour les mettre en œuvre à grande échelle. Chaque avancée scientifique comme celle-ci nous rapproche d’un avenir où les plastiques ne sont plus une menace, mais une ressource précieuse.
