L'upcyclage du plastique : Des déchets au carburant pour moins cher
Grâce à une nouvelle technologie, les plastiques problématiques pourraient être détournés des décharges et convertis en sources de combustible
Une innovation en matière de recyclage des plastiques qui fait plus avec moins, présentée lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society à Chicago, augmente simultanément la conversion en produits utiles tout en utilisant moins de ruthénium, un métal précieux.
Les déchets plastiques pourraient un jour être recyclés en produits chimiques de base utiles au lieu de finir dans l'environnement.
Image by Cortland Johnson | Pacific Northwest National Laboratory
"La découverte clé que nous rapportons est la très faible charge métallique", a déclaré Janos Szanyi, chimiste au Pacific Northwest National Laboratory, qui a dirigé l'équipe de recherche. "Cela rend le catalyseur beaucoup moins cher".
La nouvelle méthode convertit plus efficacement les plastiques en produits chimiques de base précieux - un processus appelé "recyclage ascendant". En outre, elle produit beaucoup moins de méthane, un gaz à effet de serre indésirable, comme sous-produit, par rapport aux autres méthodes rapportées.
"Il était très intéressant pour nous de constater que ce résultat n'avait jamais été publié auparavant", a déclaré Linxiao Chen, chercheur postdoctoral, qui a présenté la recherche à l'ACS. "Cette recherche montre l'opportunité de développer des catalyseurs efficaces, sélectifs et polyvalents pour l'upcycling du plastique".
Moins de métal, c'est plus dans le recyclage du plastique
Les déchets plastiques issus du pétrole représentent une source inexploitée de produits chimiques à base de carbone qui peuvent servir de matière première à des matériaux durables et à des carburants utiles. Très peu de plastique est actuellement recyclé, principalement pour des raisons économiques et pratiques. Mais les scientifiques du PNNL tentent de changer cette dynamique en appliquant leur expertise dans la rupture efficace des liaisons chimiques.
Il est bien connu que l'ajout d'hydrogène - une réaction connue sous le nom d'hydrogénolyse - à des plastiques difficiles à recycler comme le polypropylène et le polyéthylène constitue une stratégie prometteuse pour convertir les déchets plastiques en petits hydrocarbures à valeur ajoutée. Ce processus nécessite des catalyseurs efficaces et sélectifs pour être économiquement réalisable.
C'est là que cette récente recherche menée par le PNNL a excellé.
L'équipe de recherche a découvert que la réduction de la quantité de ruthénium, un métal précieux, améliorait en fait l'efficacité et la sélectivité du recyclage des polymères. Dans une étude récemment publiée dans ACS Catalysis, ils ont montré que l'amélioration de l'efficacité s'est produite lorsque le faible rapport entre le métal et la structure de support a fait passer la structure d'un réseau ordonné de particules à des radeaux désordonnés d'atomes.
Des atomes piégés
L'expertise du PNNL en matière de catalyseurs à un seul atome a permis à l'équipe de comprendre pourquoi le moins est le plus. L'équipe de recherche a observé la transition vers le désordre au niveau moléculaire et a ensuite utilisé la théorie établie pour montrer que les atomes uniques sont en fait des catalyseurs plus efficaces dans ce travail expérimental.
Ces travaux s'appuient sur les recherches menées sur le piégeage des atomes et les catalyseurs à un seul atome par Yong Wang, professeur de génie chimique à l'université d'État de Washington, Pullman, et boursier du laboratoire PNNL.
"De nombreux efforts ont été déployés du point de vue des matériaux pour essayer de comprendre comment des atomes uniques ou de très petits clusters peuvent constituer des catalyseurs efficaces", a déclaré M. Gutiérrez.
À l'ACS, Chen a également décrit de nouveaux travaux qui explorent le rôle du matériau de support dans l'amélioration de l'efficacité du système.
"Nous avons étudié des matériaux de support moins chers et plus facilement disponibles pour remplacer l'oxyde de cérium", a déclaré Chen. "Nous avons découvert qu'un oxyde de titane chimiquement modifié peut permettre une voie plus efficace et sélective pour le recyclage du polypropylène."
Apprendre à tolérer le chlore
Pour rendre la méthode pratique à utiliser avec des flux de recyclage de plastique mixte, l'équipe de recherche explore maintenant comment la présence de chlore affecte l'efficacité de la conversion chimique.
"Nous étudions des conditions d'extraction plus exigeantes", a déclaré le chimiste Oliver Y. Gutiérrez, expert en applications industrielles de la catalyse. "Lorsque vous n'avez pas une source de plastique propre, dans un processus industriel d'upcycling, vous avez du chlore provenant du polychlorure de vinyle et d'autres sources. Le chlore peut contaminer la réaction d'upcycling du plastique. Nous voulons comprendre l'effet du chlore sur notre système."
Aujourd'hui, cette compréhension fondamentale peut aider à transformer en produits utiles des déchets plastiques qui finiraient habituellement par polluer l'environnement.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Linxiao Chen et al.; Disordered, Sub-Nanometer Ru Structures on CeO2 are Highly Efficient and Selective Catalysts in Polymer Upcycling by Hydrogenolysis; ACS Catal. 2022
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