Les chimistes de CU Boulder ont développé une nouvelle façon de recycler un type courant de plastique trouvé dans les bouteilles de soda et autres emballages. La méthode de l’équipe repose sur l’électricité et quelques réactions chimiques astucieuses, et c’est assez simple pour que vous puissiez voir le plastique se briser devant vos yeux.
Les chercheurs ont décrit leur nouvelle approche du recyclage chimique dans la revue Catalyse chimique.
L’étude s’attaque au problème croissant des déchets plastiques dans le monde. Selon l’Environmental Protection Agency, les États-Unis ont produit à eux seuls près de 36 millions de tonnes de produits en plastique en 2018. La majorité des déchets finissent dans des décharges, a déclaré le co-auteur de l’étude, Oana Luca.
« Nous nous félicitons lorsque nous jetons quelque chose dans le bac de recyclage, mais la plupart de ce plastique recyclable ne finit jamais par être recyclé », a déclaré Luca, professeur adjoint au Département de chimie. « Nous voulions savoir comment nous pourrions récupérer les matériaux moléculaires, les éléments constitutifs des plastiques, afin de pouvoir les réutiliser. »
Dans la nouvelle recherche, elle et ses collègues ont fait un pas de plus vers cela.
Le groupe s’est concentré sur un type de plastique appelé polyéthylène téréphtalate (PET), que les consommateurs rencontrent quotidiennement dans les bouteilles d’eau, les blisters et même certains tissus en polyester. Dans des expériences de laboratoire à petite échelle, les chercheurs ont mélangé des morceaux de ce plastique avec un type spécial de molécule, puis ont appliqué une petite tension électrique. En quelques minutes, le PET a commencé à se désintégrer.
L’équipe a encore beaucoup de travail à faire avant que son outil de recyclage puisse résoudre de manière réaliste le problème mondial des déchets plastiques. Mais c’était toujours amusant de voir les déchets, qui peuvent rester dans les tas d’ordures pendant des siècles, disparaître en quelques heures ou quelques jours, a déclaré Phuc Pham, auteur principal de l’étude.
« C’était génial d’observer la progression de la réaction en temps réel », a déclaré Pham, doctorant en chimie. « La solution prend d’abord une couleur rose foncé, puis devient claire lorsque le polymère se désagrège. »
La poubelle d’une personne
Luca a déclaré que c’était une toute nouvelle façon de penser aux possibilités des déchets. Les bacs de recyclage, a-t-elle noté, peuvent sembler être une bonne solution au problème mondial des plastiques. Mais la plupart des municipalités du monde ont du mal à collecter et trier la petite montagne de déchets que les gens produisent chaque jour. Le résultat : moins d’un tiers de tout le plastique PET aux États-Unis est sur le point d’être recyclé (les autres types de plastique sont encore plus à la traîne). Même dans ce cas, des méthodes telles que la fonte des déchets plastiques ou leur dissolution dans l’acide peuvent altérer les propriétés du matériau au cours du processus.
Dans un laboratoire du campus, Phuc Pham applique de l’électricité à une solution contenant du plastique PET broyé. La solution devient rose lorsque le plastique commence à se dissoudre. La dernière étape du processus consiste à exposer la solution à l’oxygène, ce qui la jaunit et finit par redevenir transparente lorsque le plastique se décompose complètement. Crédit : Université du Colorado à Boulder
« Vous finissez par changer les matériaux mécaniquement », a déclaré Luca. « En utilisant les méthodes actuelles de recyclage, si vous faites fondre une bouteille en plastique, vous pouvez produire, par exemple, un de ces sacs en plastique jetables que nous devons maintenant payer à l’épicerie. »
Elle et son équipe, en revanche, veulent trouver un moyen d’utiliser les ingrédients de base de vieilles bouteilles en plastique pour fabriquer de nouvelles bouteilles en plastique. C’est comme casser votre château Lego afin que vous puissiez récupérer les blocs pour créer un tout nouveau bâtiment.
Le trésor d’un autre
Pour réaliser cet exploit, le groupe s’est tourné vers un processus appelé électrolyse, ou l’utilisation de l’électricité pour briser les molécules. Les chimistes, par exemple, savent depuis longtemps qu’ils peuvent appliquer une tension à des béchers remplis d’eau et de sels pour diviser ces molécules d’eau en hydrogène et oxygène gazeux.
Mais le plastique PET est beaucoup plus difficile à diviser que l’eau. Dans la nouvelle étude, Pham a broyé des bouteilles en plastique puis mélangé la poudre dans une solution. Ensuite, lui et ses collègues ont ajouté un ingrédient supplémentaire, une molécule connue sous le nom de [N-DMBI]+ sel, à la solution. Pham a expliqué qu’en présence d’électricité, cette molécule forme un « médiateur réactif » qui peut donner son électron supplémentaire au PET, provoquant la séparation des grains de plastique. Pensez-y comme l’équivalent chimique de livrer une côtelette de karaté à une planche de bois.
Les chercheurs tentent toujours de comprendre comment ces réactions se produisent exactement, mais ils ont réussi à décomposer le PET en ses éléments de base, que le groupe pourrait ensuite récupérer et, potentiellement, utiliser pour créer quelque chose de nouveau.
En déployant uniquement des équipements de table dans leur laboratoire, les chercheurs ont rapporté qu’ils pouvaient décomposer environ 40 milligrammes (une petite pincée) de PET en plusieurs heures.
« Bien que ce soit un bon début, nous pensons que beaucoup de travail doit être fait pour optimiser le processus ainsi que pour le mettre à l’échelle afin qu’il puisse éventuellement être appliqué à l’échelle industrielle », a déclaré Pham.
Luca, au moins, a des idées globales pour la technologie.
« Si je devais faire mon chemin en tant que scientifique fou, j’utiliserais ces méthodes électrochimiques pour décomposer plusieurs types de plastique à la fois », a déclaré Luca. « De cette façon, vous pourriez, par exemple, aller dans ces énormes décharges d’ordures dans l’océan, tirer tous ces déchets dans un réacteur et récupérer beaucoup de molécules utiles. »
Plus d’information:
Phuc H. Pham et al, Recyclage électrique des plastiques esters à l’aide d’une électro-organocatalyse à un électron, Catalyse chimique (2023). DOI : 10.1016/j.checat.2023.100675