Des chercheurs de l’UD rapportent des solutions possibles pour les plastiques difficiles à recycler – Technoguide

Des millions de tonnes de plastique finissent dans les décharges chaque année. C’est un gros problème de société et une menace environnementale encore plus grande.

Aux États-Unis, moins de 9% des déchets plastiques sont recyclés. Au lieu de cela, plus de 75% des déchets plastiques se retrouvent dans des décharges et jusqu’à 16% sont brûlés, un processus qui libère des gaz toxiques dans l’atmosphère.

Des chercheurs du Center for Plastics Innovation (CPI) de l’Université du Delaware ont mis au point une méthode directe pour convertir les déchets plastiques à usage unique – sacs en plastique, contenants de yaourt, bouteilles en plastique et bouchons de bouteilles, emballages et plus – en prêts à l’emploi. molécules pour carburéacteurs, diesel et lubrifiants.

Le travail, rapporté dans un article dans Science Advances le mercredi 21 avril, se concentre sur l’utilisation d’un nouveau catalyseur et d’un processus unique pour décomposer rapidement ces plastiques les plus difficiles à recycler, appelés polyoléfines. Les polyoléfines représentent 60 à 70% de tous les plastiques fabriqués aujourd’hui.

Le processus développé par UD nécessite environ 50% moins d’énergie que les autres technologies, et il n’implique pas l’ajout de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, une réduction des émissions par rapport aux autres techniques couramment utilisées. Cela peut être fait en quelques heures à basse température, environ 250 degrés Celsius. Ceci est légèrement supérieur à la température du four à 450 degrés Fahrenheit que vous pourriez utiliser pour rôtir des légumes ou faire une pâte feuilletée à la maison.

Surtout, la méthode de l’équipe UD peut traiter une variété de plastiques, même lorsqu’ils sont mélangés ensemble, un plus compte tenu de la façon dont les matières recyclables sont gérées.

«La conversion chimique est l’approche la plus polyvalente et la plus robuste pour lutter contre les déchets plastiques», a déclaré Dion Vlachos, chercheur principal du projet et professeur de la chaire Unidel Dan Rich en énergie en génie chimique et biomoléculaire à l’UD.

Les co-auteurs de l’article comprennent Sibao Liu, un ancien chercheur postdoctoral à l’UD, maintenant professeur agrégé de génie chimique et de technologie à l’Université de Tianjin; et les chercheurs de l’IPC Pavel Kots, boursier postdoctoral de l’UD; Brandon Vance, un étudiant diplômé de l’UD; et Andrew Danielson, un senior avec spécialisation en génie chimique.

Créer des molécules prêtes à l’emploi

L’équipe de recherche UD a utilisé un processus chimique appelé hydrocraquage pour décomposer les solides plastiques en molécules de carbone plus petites, puis a ajouté des molécules d’hydrogène à chaque extrémité pour stabiliser le matériau à utiliser.

Le craquage catalytique n’est pas nouveau. Les raffineries l’utilisent pour convertir le pétrole brut lourd en essence depuis des années.

Cependant, la méthode de l’équipe de recherche fait plus que simplement décomposer le plastique. Il convertit également le matériau en molécules ramifiées qui leur permettent d’être plus directement traduites en un produit final.

«Cela en fait des molécules prêtes à l’emploi pour des applications de lubrifiant ou de carburant de haute valeur», a déclaré Vlachos, qui dirige également le Delaware Energy Institute et le Catalysis Center for Energy Innovation à UD.

Le catalyseur lui-même est en fait un matériau hybride, une combinaison de zéolites et d’oxydes métalliques mixtes.

Les zéolithes sont connues pour avoir des propriétés qui les rendent bonnes pour créer des molécules ramifiées. Les zéolites se trouvent dans des choses comme la purification de l’eau ou les systèmes d’adoucissement et les détergents pour la maison, où elles neutralisent les minéraux comme le calcium et le magnésium, rendant l’eau dure plus douce et améliorant le processus de lessive.

Les oxydes métalliques mixtes, quant à eux, sont connus pour leur capacité à décomposer les grosses molécules juste la bonne quantité sans en faire trop. L’antiacide dans votre armoire à pharmacie, par exemple, est un oxyde métallique utilisé pour décomposer ou neutraliser l’acide causant des maux d’estomac.

“Seuls ces deux catalyseurs fonctionnent mal. Ensemble, la combinaison fait de la magie, faisant fondre les plastiques et ne laissant aucun plastique derrière”, a déclaré Vlachos.

Cela donne à la méthode développée par l’IPC un avantage par rapport aux techniques actuelles utilisées aujourd’hui, bien que Vlachos ait souligné que davantage de travail est nécessaire pour traduire ces méthodes scientifiques à l’industrie. Autre avantage: les matériaux catalyseurs de l’équipe sont couramment utilisés et, par conséquent, assez bon marché et abondants.

“Ce ne sont pas des matériaux exotiques, nous pouvons donc rapidement commencer à réfléchir à la manière d’utiliser la technologie”, a-t-il déclaré. Lui et Liu ont déposé un brevet provisoire sur le nouveau bi-catalyseur et la méthode unique par le biais du Bureau de l’innovation économique et des partenariats d’UD.

Solutions durables, économie circulaire

Réduire les déchets plastiques en les convertissant chimiquement en carburants peut jouer un rôle important dans la conduite d’une économie circulaire, où les matériaux sont recyclés en quelque chose de nouveau à la fin de leur durée de vie utile, au lieu d’être jetés. Les composants recyclés peuvent être utilisés pour fabriquer à nouveau la même chose ou, dans le cas des carburants, être recyclés en produits de plus grande valeur – créant des gains à la fois économiques et environnementaux.

«Cette approche catalytique innovante est une avancée significative dans notre quête de processus de dépolymérisation qui impliquent des voies moins énergivores et génèrent des objectifs de dégradation très spécifiques, a déclaré LaShanda Korley, directrice de CPI, professeur émérite de science et génie des matériaux et de génie chimique et biomoléculaire. la compréhension ouvre une nouvelle voie vers la valorisation des déchets plastiques. “

Pour Andrew Danielson, un majeur en génie chimique à UD impliqué dans le projet, les avantages environnementaux potentiels de la conversion du plastique sont passionnants.

«Les déchets plastiques sont un problème environnemental sérieux. Je pense que cette recherche peut aider à conduire à de meilleures méthodes de réutilisation du plastique», a déclaré Danielson, dont les contributions au travail comprenaient la vérification des données collectées au cours du projet en reproduisant les expériences.

Après avoir obtenu son diplôme en mai, Danielson mettra cette expérience de recherche au service de l’industrie chimique. Il a déjà décroché un poste dans les contrôles de processus, une partie du processus de fabrication qui implique le contrôle de variables, telles que la température, la pression et la conductivité, entre autres.

Les prochaines étapes de la recherche sur l’IPC comprennent l’exploration des autres plastiques que la méthode de l’équipe peut traiter et des produits qu’elle peut fabriquer. Pour commencer, Vlachos a déclaré que l’équipe espérait élargir les collaborations avec des collègues du campus et du Center for Plastics Innovation afin d’explorer d’autres voies pour fabriquer des produits de valeur en éliminant les déchets.

“Au fur et à mesure que cette économie circulaire se mettra en marche, le monde devra fabriquer moins de plastiques d’origine car nous réutiliserons les matériaux fabriqués aujourd’hui dans le futur”, a-t-il déclaré.

Un autre objectif est de développer des méthodes pour améliorer le processus de recyclage lui-même.

“Nous voulons utiliser de l’électricité verte pour stimuler le traitement chimique impliqué dans la fabrication de nouvelles choses. Nous sommes très loin pour le moment de voir cela, mais c’est vers cela que nous nous dirigeons au cours des 10 à 20 prochaines années”, a déclaré Vlachos.

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