En tant qu’étudiant de premier cycle à l’Université du Zhejiang, dans l’est de la Chine, Greg Liu a participé avec certains de ses camarades de classe à un voyage parrainé par l’université pour visiter de nombreuses industries chimiques de la région.
La visite a donné aux étudiants poursuivant des diplômes en génie chimique l’occasion d’en apprendre davantage sur les processus de fabrication et de production de produits chimiques en Chine à l’époque. Liu a réalisé ce jour-là exactement ce qu’il voulait faire comme carrière : trouver des moyens d’atténuer ou d’empêcher l’industrie de polluer l’environnement.
« J’ai réalisé que cela n’allait pas être la voie durable de notre avenir. La pollution était partout : l’eau, le sol, les routes, etc. Les travailleurs étaient dans des conditions de travail insupportables. Je ne voulais pas être dans un environnement comme celui-là. , ni nos générations futures », a déclaré Liu. « Cela m’a poussé à penser : « OK, je dois poursuivre des études supérieures pour changer notre façon de travailler dans l’industrie chimique. » »
Liu est ensuite venu aux États-Unis et a obtenu son doctorat à l’Université du Wisconsin-Madison. Aujourd’hui, son enthousiasme à utiliser ses connaissances en génie chimique pour créer un monde plus durable l’a amené à développer une manière révolutionnaire de traiter l’un des problèmes sans doute les plus urgents au monde : la pollution plastique.
Un long projet de recherche de cinq ou six ans a finalement conduit à une avancée décisive, avec Liu, professeur au département de chimie de Virginia Tech au Collège des sciences, et son équipe d’étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs trouvant un moyen de convertir certains plastiques en savons. , détergents, lubrifiants et autres produits.
Liu a écrit un article sur le procédé, sa faisabilité et sa commercialisation qui a été publié dans Durabilité de la nature.
En termes simples, le système de Liu comportait deux étapes. Il s’agissait d’abord de recourir à la thermolyse, ou de décomposer une substance – en l’occurrence du plastique – en utilisant la chaleur. Le plastique placé dans un réacteur construit par l’équipe de Liu et chauffé entre 650 et 750 degrés Fahrenheit s’est décomposé en composés chimiques, laissant un mélange de pétrole, de gaz et de solides résiduels.
La clé de cette première étape a été de décomposer les molécules de polypropylène et de polyéthylène qui composent le plastique dans une certaine plage de carbone, et Liu et son équipe ont réussi à y parvenir.
Les solides résiduels laissés sur place étaient minimes et le gaz pouvait être capté et utilisé comme combustible. Le pétrole, cependant, était ici le produit le plus intéressant.
Au cours de ses recherchesLiu a pu fonctionnaliser, ou modifier la chimie, de l’huile en molécules à convertir en savons, détergents, lubrifiants et autres produits.
« Ces matériaux sont stables », a déclaré Liu en brandissant une fiole de savon. « Ce flacon de savon est dans mon bureau depuis, je dirais, un an déjà. … Vous pourriez l’utiliser pour vous laver les mains et faire la vaisselle. Nous l’avons utilisé pour laver notre verrerie de laboratoire en laboratoire. »
Le processus, qui a duré moins d’une journée, a conduit à une pollution atmosphérique presque nulle, offrant ainsi des indices sur une solution désespérément nécessaire à un problème mondial. Selon le site Internet des Nations Unies, le monde produit 430 millions de tonnes de plastique chaque année, soit l’équivalent de 2 000 camions poubelles remplis de plastique déversés chaque jour dans les océans, les rivières et les lacs.
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La pollution plastique entraîne une étouffement accru de la faune marine, des dommages aux sols, l’empoisonnement des eaux souterraines et est à l’origine d’impacts négatifs sur la santé humaine. À cela s’ajoutent des émissions de gaz à effet de serre rejetées dans l’air lors de la production.
Les Nations Unies s’attendent à ce que la pollution plastique triple d’ici 2060 si aucune mesure n’est prise. Malheureusement, selon le site Internet des Nations Unies, moins de 9 % du plastique est réellement recyclé – bien qu’il y ait une raison à cela, selon Amanda Morris, directrice du département de chimie de Virginia Tech.
« Nous fabriquons des plastiques pour durer dans la perspective que beaucoup d’entre eux doivent contenir un liquide que vous ne voulez pas sortir d’une bouteille. Ils doivent donc être des matériaux relativement solides », a déclaré Morris.
« Les liens qui maintiennent le polymère ensemble et nous donnent cette force et nous donnent les propriétés des bouteilles que nous utilisons sont également très difficiles à rompre, et il s’agit donc simplement de trouver des moyens de le faire de manière économe en énergie, où vous obtenez un produit propre.
« L’autre chose est que ces polymères peuvent se dégrader en de nombreuses choses différentes. Existe-t-il des moyens de les transformer en un produit spécifique qui pourrait ensuite être réutilisé en aval ? Je pense que ce sont quelques-unes des choses avec lesquelles nous avons eu du mal. « .
Liu et son équipe ont trouvé un moyen de briser ces liens, mais maintenant vient potentiellement la partie la plus difficile : étendre le système et en faire un système continu, tout en le rendant plus rentable.
C’est le sort de nombreux chercheurs. Ils trouvent souvent des solutions aux problèmes, mais ces solutions peuvent avoir un prix élevé, ce qui fait que les solutions restent souvent de côté. Liu a déclaré que les industries ont exprimé leur intérêt pour l’intensification de ce processus, mais que tout effort, énergie et investissement doit aboutir à une rentabilité.
Liu a déclaré qu’il cherchait l’aide de la communauté pour tester un modèle commercial. Cela implique d’obtenir le capital nécessaire à la construction d’un réacteur qui fonctionnera en continu dans son laboratoire, ou peut-être de créer une start-up privée hors site pour tester la montée en puissance de son procédé. Oui, le savon peut être créé à partir de quelques morceaux de plastique, mais des tonnes de plastique peuvent-elles générer des savons et des détergents de manière rentable ?
« Il y aura beaucoup de demandes de notre part pour réduire davantage les risques du processus », a déclaré Liu. « Nous devons réduire les risques pour qu’ils [businesses] peuvent en tirer une réelle valeur et potentiellement l’adopter.
« Mon estimation se situe dans la fourchette des centaines de milliers de dollars pour tester cela. La bonne nouvelle est que nous formons actuellement des étudiants et des postdoctorants talentueux dans ce laboratoire. Ce seront eux qui pourront potentiellement poursuivre ce processus à l’avenir. » Mais nous avons certainement besoin de plus de ressources, notamment de fonds, pour construire des réacteurs et les tester. «
Mis à part les défis en aval, Morris reste optimiste quant aux conclusions de Liu et à leurs impacts futurs. Elle accueille favorablement les opportunités de faire connaître ses efforts pour résoudre le problème des plastiques et de discuter des efforts du département de chimie pour relever ce défi dans le cadre des ambitions de distinction mondiale de Virginia Tech.
« Je pense que chaque fois que nous pouvons rendre notre science accessible au grand public, y compris à nos anciens élèves et amis, c’est incroyablement bénéfique », a déclaré Morris. « C’est bénéfique pour eux de voir l’impact que nous avons non seulement en tant que Hokies, mais aussi qu’ils peuvent avoir en investissant davantage dans la mission de Virginia Tech.
« L’objectif est vraiment de prendre la technologie de Greg, d’y apporter des modifications en fonction de ce que nous comprenons fondamentalement du processus, puis de la rendre encore plus économe en énergie et plus bénéfique pour l’industrie. L’autre chose est que la technologie de Greg s’applique à quelques classes de polymères. [with a recycle code of 2, 4, and 5]alors pouvons-nous appliquer cela à d’autres classes de polymères ? Existe-t-il des moyens d’accroître la portée de la technologie ? Cela m’excite aussi. »
Liu ne se considère pas comme un pionnier, même si, dans ce cas, il est véritablement un pionnier dans la conversion des déchets plastiques en savon. Il se considère plutôt comme quelqu’un qui apporte une petite contribution à la solution d’un problème mondial qui requiert la diligence de tous. Il s’est déclaré favorable à une plus grande implication de la communauté scientifique et industrielle.
En d’autres termes, la science a besoin de plus de collaboration sur ce problème. Sans cela, les enjeux sont trop élevés.
« Il ne suffit plus de se dire : ‘Oh, je peux jouer avec ma chimie cool dans le laboratoire, et je peux en tirer quelque chose comme par magie, et alors je suis assez bon' », a déclaré Liu. « C’est sûrement cool, mais ce n’est pas la vraie solution au problème urgent de la crise du plastique.
« J’espère qu’à terme, nous trouverons une solution, et j’espère que le plastique ne sera plus un problème dont il faut s’inquiéter. J’espère qu’avec le temps, la société prendra soin de tous ces déchets. Nous pouvons générer des produits chimiques et des matériaux utiles à partir de «
Plus d’informations :
Nuwayo Eric Munyaneza et al, Recyclage contrôlable de la longueur de la chaîne des polyoléfines en détergents sulfates, Durabilité de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41893-024-01464-x