Nous utilisons des plastiques dans presque tous les aspects de notre vie. Ces matériaux sont peu coûteux à fabriquer et incroyablement stables. Le problème survient lorsque nous avons fini d’utiliser quelque chose de plastique – il peut persister dans l’environnement pendant des années. Au fil du temps, le plastique se décomposera en fragments plus petits, appelés microplastiques, qui peuvent poser des problèmes environnementaux et sanitaires importants.
La meilleure solution consisterait à utiliser des plastiques biosourcés qui se biodégradent à la place, mais bon nombre de ces bioplastiques ne sont pas conçus pour se dégrader dans des conditions de compostage domestique. Ils doivent être transformés dans des installations de compostage commerciales, qui ne sont pas accessibles dans toutes les régions du pays.
Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Washington a développé de nouveaux bioplastiques qui se dégradent sur la même échelle de temps qu’une peau de banane dans un bac à compost de jardin. Ces bioplastiques sont entièrement fabriqués à partir de cellules de cyanobactéries bleu-vert en poudre, autrement connues sous le nom de spiruline. L’équipe a utilisé la chaleur et la pression pour façonner la poudre de spiruline en différentes formes, la même technique de traitement utilisée pour créer des plastiques conventionnels. Les bioplastiques de l’équipe UW ont des propriétés mécaniques comparables aux plastiques à usage unique dérivés du pétrole.
L’équipe a publié ces résultats le 20 juin dans Matériaux fonctionnels avancés.
« Nous étions motivés pour créer des bioplastiques qui sont à la fois bio-dérivés et biodégradables dans nos arrière-cours, tout en étant également transformables, évolutifs et recyclables », a déclaré l’auteur principal Eleftheria Roumeli, professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à l’UW.
« Les bioplastiques que nous avons développés, en utilisant uniquement de la spiruline, ont non seulement un profil de dégradation similaire aux déchets organiques, mais sont également en moyenne 10 fois plus résistants et plus rigides que les bioplastiques à base de spiruline signalés précédemment. Ces propriétés ouvrent de nouvelles possibilités pour l’application pratique de la spiruline. à base de plastiques dans diverses industries, y compris les emballages alimentaires jetables ou les plastiques ménagers, tels que les bouteilles ou les barquettes. »
Les chercheurs ont choisi d’utiliser la spiruline pour fabriquer leurs bioplastiques pour plusieurs raisons. Tout d’abord, il peut être cultivé à grande échelle car les gens l’utilisent déjà pour divers aliments et cosmétiques. De plus, les cellules de spiruline séquestrent le dioxyde de carbone au cours de leur croissance, faisant de cette biomasse une matière première neutre en carbone, ou potentiellement négative en carbone, pour les plastiques.
« La spiruline possède également des propriétés uniques de résistance au feu », a déclaré l’auteur principal Hareesh Iyer, étudiant au doctorat en science et ingénierie des matériaux à l’UW.
« Lorsqu’il est exposé au feu, il s’éteint instantanément, contrairement à de nombreux plastiques traditionnels qui brûlent ou fondent. Cette caractéristique de résistance au feu rend les plastiques à base de spiruline avantageux pour les applications où les plastiques traditionnels peuvent ne pas convenir en raison de leur inflammabilité. Un exemple pourrait être des racks en plastique dans les centres de données, car les systèmes utilisés pour refroidir les serveurs peuvent devenir très chauds. »
La création de produits en plastique implique souvent un processus qui utilise la chaleur et la pression pour donner au plastique la forme souhaitée. L’équipe de l’UW a adopté une approche similaire avec ses bioplastiques.
« Cela signifie que nous n’aurions pas à repenser les lignes de fabrication à partir de zéro si nous voulions utiliser nos matériaux à l’échelle industrielle », a déclaré Roumeli. « Nous avons supprimé l’une des barrières communes entre le laboratoire et la mise à l’échelle pour répondre à la demande industrielle. Par exemple, de nombreux bioplastiques sont fabriqués à partir de molécules extraites de la biomasse, comme les algues, et mélangées à des modificateurs de performance avant d’être moulées en films. . Ce processus nécessite que les matériaux soient sous la forme d’une solution avant la coulée, et ce n’est pas évolutif. »
D’autres chercheurs ont utilisé la spiruline pour créer des bioplastiques, mais les bioplastiques des chercheurs de l’UW sont beaucoup plus solides et plus rigides que les tentatives précédentes. L’équipe UW a optimisé la microstructure et la liaison au sein de ces bioplastiques en modifiant leurs conditions de traitement, telles que la température, la pression et le temps passé dans l’extrudeuse ou la presse à chaud, et en étudiant les propriétés structurelles des matériaux résultants, notamment leur résistance, leur rigidité et leur ténacité.
Ces bioplastiques ne sont pas tout à fait prêts à être mis à l’échelle pour un usage industriel. Par exemple, bien que ces matériaux soient solides, ils sont encore assez fragiles. Un autre défi est qu’ils sont sensibles à l’eau.
« Vous ne voudriez pas que ces matériaux tombent sous la pluie », a déclaré Iyer.
L’équipe se penche sur ces questions et continue d’étudier les principes fondamentaux qui régissent le comportement de ces matériaux. Les chercheurs espèrent concevoir pour différentes situations, en créant un assortiment de bioplastiques. Cela serait similaire à la variété de plastiques à base de pétrole existants.
Les matériaux nouvellement développés sont également recyclables.
« La biodégradation n’est pas notre scénario de fin de vie préféré », a déclaré Roumeli. « Nos bioplastiques à base de spiruline sont recyclables grâce au recyclage mécanique, qui est très accessible. Cependant, les gens ne recyclent pas souvent les plastiques, c’est donc un avantage supplémentaire que nos bioplastiques se dégradent rapidement dans l’environnement »
Plus d’information:
Hareesh Iyer et al, Fabriquer des bioplastiques solides et rigides à partir de cellules entières de spiruline, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202302067