De la poubelle au carburéacteur en 60 minutes et à 220 ° C

Le monde a beaucoup de plastique – 8,3 milliards de tonnes de matières ont été produites depuis 1950. Il a tellement de plastique que les humains ont commencé à essayer de trouver des moyens d’utiliser les énormes quantités de déchets plastiques que nous accumulons. Pour certains, cela signifie le recyclage; pour d’autres, cela signifie faire de l’art. Pour une équipe de chercheurs basée à l’Université de l’État de Washington, cela signifie fabriquer du carburéacteur.

Transformer les déchets plastiques en carburant n’est pas une idée nouvelle. De nombreux chercheurs y sont parvenus grâce à un processus appelé pyrolyse, qui consiste à chauffer du plastique entre 300 ° C et 900 ° C dans un environnement sans oxygène. Cela décompose la substance en carburant, ainsi que quelques produits chimiques supplémentaires. Hongfei Lin, professeur associé à l’école de génie chimique et de bio-ingénierie The Gene and Linda Voiland à WSU, pense que lui et son équipe ont découvert un moyen de rendre le processus plus efficace et plus respectueux de l’environnement.

L’équipe a une expérience de fabrication de carburants à partir de sources de biomasse. Cependant, il y a un an et demi, ils ont décidé de se pencher sur la déconstruction chimique du polyéthylène, l’une des formes de plastique les plus courantes au monde. L’équipe a commencé à essayer de prétraiter le plastique avec différentes combinaisons de solvants et de catalyseurs avant le chauffage.

«Au départ, nous ne savions pas ce qui allait se passer», a déclaré Lin à Ars.

Résoudre pour le solvant

Selon Lin, les solvants qu’ils ont testés ont pénétré les plastiques et ont changé leurs propriétés physiques, les rendant plus accessibles aux catalyseurs et maximisant les vitesses de réaction. Après avoir testé quelques composés différents, ils ont découvert que le n-hexane est le meilleur solvant pour produire le plus de carburant, tandis que le méthylcyclohexane est la meilleure option pour produire plus de lubrifiant de haute qualité, un autre produit du processus.

L’équipe a également utilisé un catalyseur au ruthénium sur carbone, qui a clivé les liaisons covalentes entre les atomes de carbone du plastique. Après avoir chauffé le plastique pendant une heure à 220 ° C et injecté de l’hydrogène dans le réacteur, l’équipe a découvert que 90% de celui-ci se transformait en composants de carburéacteur et de lubrifiant. Les 10 pour cent restants ont été convertis en gaz tels que le méthane. L’équipe peut bricoler les différents produits chimiques impliqués pour produire plus de carburant ou de lubrifiant, comme souhaité, a-t-il déclaré.

Ce concept peut également être appliqué à différents types de plastiques, bien que certains (comme les polyesters) aient différents types de liaisons chimiques. Par conséquent, ceux-ci nécessiteraient des traitements différents. L’équipe a testé le processus dans un réacteur relativement petit dans leur laboratoire, mais il pourrait être étendu pour produire des produits de grande valeur comme des lubrifiants et des carburants à partir de déchets plastiques, a déclaré Lin.

«Nous avons utilisé le polyéthylène comme démonstration … Nous avons trouvé que c’était très bon comme preuve de concept», a-t-il déclaré.

Le processus est plus économe en énergie que les autres approches de pyrolyse, a-t-il déclaré, qui reposent sur des températures beaucoup plus élevées. Outre les avantages environnementaux de perdre moins d’énergie dans le processus, le processus pourrait également avoir un avantage sur le marché s’il est mis à l’échelle. «En ce qui concerne le recyclage, le coût est la clé», a déclaré Lin.

Selon Lin, l’équipe travaille avec le bureau de commercialisation de WSU et espère un jour la voir étendue et utilisée plus largement. Il a dit que les investisseurs avaient déjà manifesté un intérêt précoce pour le processus, mais qu’ils ne pouvaient pas dire de qui. Au total, il estime que cette méthode pourrait être un outil potentiel pour réduire les déchets plastiques dans le monde.

« À l’échelle mondiale, [plastic] est un problème environnemental très pressant. Nous devons nous attaquer à ce problème le plus rapidement possible. »

Mais devrions-nous?

Cependant, tout le monde n’est pas aussi amoureux de l’idée. Andrew Rollinson, consultant indépendant sur le sujet et ancien universitaire, a qualifié le processus de «totalement circulaire et peu pratique».

La pyrolyse est une technologie ancienne, a déclaré Rollinson à Ars. Il était utilisé pour fabriquer des choses comme la créosote et le méthanol à partir du bois, avant l’utilisation généralisée de la pétrochimie, a-t-il déclaré. Depuis les années 1950, des tentatives ont été faites pour utiliser le procédé sur les plastiques. Jusqu’à présent, cela n’a pas fonctionné, selon Rollinson.

Bien que le papier dise que le processus est à haut rendement, ce n’est probablement pas le cas, dit Rollinson, car il nécessite beaucoup de pression d’hydrogène. Atteindre la pression nécessaire demande beaucoup d’énergie. La fabrication et le stockage de l’hydrogène nécessitent également beaucoup d’énergie, ce qui réduit les avantages écologiques. Il a dit que l’expérience n’était que dans un laboratoire. Il faudrait une quantité bien plus grande d’hydrogène et d’énergie pour le pressuriser, s’il était introduit à une échelle commerciale.

En outre, Rollinson a noté que le catalyseur et les solvants utilisés devraient également être mis à l’échelle pour de plus grandes quantités de plastiques. L’hexane, le solvant, est toxique, explosif et nocif pour l’environnement s’il est libéré dans la nature, a-t-il ajouté. Il y a aussi un apport d’énergie dans le processus de fabrication de ces produits chimiques. Dans un e-mail adressé à Ars, Lin a reconnu que la récupération et la réutilisation des solvants augmenteraient les coûts, mais que la technologie elle-même permettrait de maintenir les coûts à un niveau bas. Tout de même, Rollinson a ses doutes.

«Pas du tout, ce n’est pas du tout un partisan», dit-il. «Pour des raisons scientifiques, c’est assez intéressant. Mais en tant que réponse pratique au plastique… ce n’est pas réalisable.

Chem Catalysis, 2021. DOI: 10.1016 / j.checat.2021.04.002 (A propos des DOI).

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