La vie moderne repose sur le plastique. Ce produit léger et adaptable est la pierre angulaire des industries de l’emballage, des équipements médicaux, de l’aérospatiale et de l’automobile, et bien plus encore. Mais les déchets plastiques restent un problème car ils se dégradent dans les décharges et polluent les océans.
Les chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering ont créé une alternative potentielle au plastique traditionnel à base de pétrole, fabriqué à partir de dioxyde de carbone (CO2) et de lignine, un composant du bois qui est un sous-produit peu coûteux de la fabrication du papier et de la production de biocarburants. Leurs recherches étaient publié dans Matériaux fonctionnels avancés.
« Notre étude utilise le gaz à effet de serre nocif CO2 et en fait une matière première utile pour produire des polymères ou des plastiques dégradables », a déclaré Hoyong Chung, professeur agrégé en génie chimique et biomédical à l’université. « Non seulement nous réduisons les émissions de CO2, mais nous produisons également un produit polymère durable en utilisant le CO2. »
Cette étude est la première à démontrer la synthèse directe de ce que l’on appelle un monomère carbonate cyclique, une molécule composée d’atomes de carbone et d’oxygène pouvant être liés à d’autres molécules, fabriquée à partir de CO2 et de lignine.
En reliant plusieurs monomères entre eux, les scientifiques peuvent créer des polymères synthétiques, des molécules à longue chaîne qui peuvent être conçues pour remplir toutes sortes d’applications.
Le matériau développé par Chung et son équipe de recherche est entièrement dégradable en fin de vie sans produire de microplastiques ni de substances toxiques. Il peut être synthétisé à des pressions et des températures plus basses. Et le polymère peut être recyclé sans perdre ses propriétés d’origine.
Grâce à la dépolymérisation, les chercheurs peuvent convertir des polymères en monomères purs, qui sont les éléments constitutifs des polymères. C’est la clé de la haute qualité du matériau recyclé. Les monomères peuvent être recyclés indéfiniment et produire un polymère de haute qualité aussi bon que l’original, une amélioration par rapport aux matériaux polymères précédemment développés et actuellement utilisés dans lesquels une exposition répétée à la chaleur due à la fusion réduit la qualité et permet un recyclage limité.
« Nous pouvons facilement dégrader le polymère par dépolymérisation, et le produit dégradé peut synthétiser à nouveau le même polymère », a déclaré Chung. « C’est plus rentable et évite la perte des propriétés originales des polymères lors de multiples recyclages. Ceci est considéré comme une percée dans la science des matériaux, car cela permet la réalisation d’une véritable économie circulaire. »
Le matériau nouvellement développé pourrait être utilisé pour des produits en plastique à faible coût et à courte durée de vie dans des secteurs tels que la construction, l’agriculture, l’emballage, les cosmétiques, les textiles, les couches et les ustensiles de cuisine jetables. Avec un développement ultérieur, Chung prévoit son utilisation dans des polymères hautement spécialisés pour des applications biomédicales et de stockage d’énergie.
Le chercheur postdoctoral Arijit Ghorai était l’auteur principal de l’étude.
Plus d’information:
Arijit Ghorai et al, Polymères durables à base de CO2 et de lignine avec recyclage chimique en boucle fermée, Matériaux fonctionnels avancés (2024). DOI : 10.1002/adfm.202403035