Un nouveau processus de recyclage pourrait trouver des marchés pour les déchets plastiques « indésirables »

Les déchets plastiques de faible valeur peuvent être convertis en produits chimiques de grande valeur grâce à un nouveau processus développé par les chercheurs de l'UW-Madison. Joël Hallberg

Bien que de nombreux Américains déposent consciencieusement leurs déchets plastiques dans les poubelles appropriées chaque semaine, bon nombre de ces matériaux, notamment les films flexibles, les matériaux multicouches et de nombreux plastiques colorés, ne sont pas recyclables par les méthodes de recyclage mécanique conventionnelles. En fin de compte, seulement 9 % environ du plastique aux États-Unis est réutilisé, souvent dans des produits de faible valeur. Cependant, grâce à une nouvelle technique, les ingénieurs chimistes de l’Université du Wisconsin à Madison transforment des déchets plastiques de faible valeur en produits de grande valeur.

La nouvelle méthode, décrite dans le numéro du 11 août de la revue Science, pourrait accroître les incitations économiques au recyclage du plastique et ouvrir la porte au recyclage de nouveaux types de plastique. Les chercheurs estiment que leurs méthodes pourraient également réduire d’environ 60 % les émissions de gaz à effet de serre liées à la production conventionnelle de ces produits chimiques industriels.

La nouvelle technique s'appuie sur quelques techniques de traitement chimique existantes. La première est la pyrolyse, dans laquelle les plastiques sont chauffés à des températures élevées dans un environnement sans oxygène. Le résultat est une huile de pyrolyse, un mélange liquide de divers composés. L'huile de pyrolyse contient de grandes quantités d'oléfines, une classe d'hydrocarbures simples qui constituent un élément central des produits chimiques et des polymères actuels, notamment divers types de polyesters, de tensioactifs, d'alcools et d'acides carboxyliques.

Dans les processus actuels à forte consommation d'énergie comme le vapocraquage, les fabricants de produits chimiques produisent des oléfines en soumettant le pétrole à une chaleur et une pression extrêmement élevées. Dans ce nouveau procédé, l'équipe UW-Madison récupère les oléfines de l'huile de pyrolyse et les utilise dans un processus chimique beaucoup moins énergivore appelé catalyse d'hydroformylation homogène. Ce processus convertit les oléfines en aldéhydes, qui peuvent ensuite être réduits en alcools industriels importants.

"Ces produits peuvent être utilisés pour fabriquer une large gamme de matériaux de plus grande valeur", explique George Huber, professeur de génie chimique et biologique qui a dirigé les travaux aux côtés du chercheur postdoctoral Houqian Li et du doctorant Jiayang Wu.

Ces matériaux de plus grande valeur comprennent des ingrédients utilisés pour fabriquer des savons et des nettoyants, ainsi que d'autres polymères plus utiles.

Grâce à un processus appelé hydroformylation, le professeur George Huber (à gauche) et le chercheur postdoctoral Houqian Li sont capables de récupérer les oléfines contenues dans une huile fabriquée à partir de déchets plastiques et de les transformer en produits chimiques de grande valeur. Joël Hallberg

«Nous sommes vraiment enthousiasmés par les implications de cette technologie», déclare Huber, qui dirige également le Centre pour le recyclage chimique des déchets plastiques, financé par le ministère de l'Énergie. «Il s'agit d'une plate-forme technologique permettant de valoriser les déchets plastiques grâce à la chimie de l'hydroformylation.»

L’industrie du recyclage pourrait bientôt adopter le procédé ; ces dernières années, au moins 10 grandes entreprises chimiques ont construit ou annoncé des projets d’installations pour produire des huiles de pyrolyse à partir de déchets plastiques. Beaucoup d’entre eux font passer l’huile de pyrolyse dans des vapocraqueurs pour produire des composés de faible valeur. La nouvelle technique de recyclage chimique pourrait offrir une manière plus durable et plus lucrative d’utiliser ces huiles.

« Actuellement, ces entreprises ne disposent pas d'une très bonne approche pour valoriser l'huile de pyrolyse », explique Li. « Dans ce cas, nous pouvons obtenir des alcools de grande valeur valant entre 1 200 et 6 000 dollars la tonne à partir de déchets plastiques, qui ne valent qu’environ 100 dollars la tonne. De plus, ce procédé utilise la technologie et les techniques existantes. Il est relativement facile de passer à l'échelle.

L'étude était le fruit d'un effort de collaboration entre plusieurs départements différents de l'UW-Madison, explique Huber. Clark Landis, directeur du Département de chimie et expert mondial en hydroformylation, a suggéré la possibilité d'appliquer la technique aux huiles de pyrolyse. Le professeur de génie chimique et biologique Manos Mavrikakis a utilisé une modélisation avancée pour fournir un aperçu des processus chimiques au niveau moléculaire. Le professeur d'ingénierie chimique et biologique Victor Zavala a également contribué à l'analyse des aspects économiques de la technique et du cycle de vie des déchets plastiques.