Pyrolyse pour des plastiques recyclés de haute qualité
Un pas vers l'économie circulaire : la pyrolyse permet le recyclage chimique
Les Plastiques en polycarbonate sont des matériaux recherchés dans les applications industrielles en raison de leur polyvalence et de leur haute qualité. Cependant, le recyclage des déchets plastiques se heurte encore aujourd'hui à des limites, car les méthodes de recyclage mécanique ne permettent pas d'obtenir des matériaux recyclés de qualité suffisante pour toutes les applications. En collaboration avec l'entreprise chimique Covestro Deutschland AG, les chercheurs du Fraunhofer ont mis au point une méthode qui permet de récupérer les substances utilisées à l'origine pour fabriquer les polycarbonates. Lors de la pyrolyse catalytique, un processus contrôlé de chauffage dans un environnement sans oxygène, les déchets plastiques se décomposent en leurs composants. Les fabricants peuvent alors utiliser les matières premières pour produire de nouvelles matières plastiques.
Pour quiconque recherche un plastique de haute qualité, le polycarbonate (PC) est un choix évident. Ce matériau résiste aux températures extrêmes, est ignifuge et résiste aux rayures, à l'abrasion et même aux acides dilués. Il est également très transparent. Toutes ces propriétés font des plastiques contenant du PC un matériau recherché et polyvalent dans les applications industrielles. C'est pourquoi de nombreux fabricants cherchent à récupérer ce matériau précieux en recyclant les déchets plastiques. Mais les technologies conventionnelles telles que le recyclage mécanique produisent des matériaux recyclés de qualité insuffisante, qui ne peuvent plus être utilisés pour fabriquer des produits de haute qualité.
La pyrolyse permet le recyclage chimique
Il existe cependant des solutions de rechange efficaces. En collaboration avec l'entreprise chimique Covestro Deutschland AG, des chercheurs de l'Institut Fraunhofer des technologies et systèmes céramiques (IKTS) ont mis au point une méthode de recyclage chimique des polycarbonates par pyrolyse catalytique. Lors de la pyrolyse, les substances sont chauffées dans un environnement dépourvu d'oxygène moléculaire. Les substances se décomposent, ce qui permet de récupérer les composants utilisés à l'origine pour produire le plastique.
Jörg Kleeberg, scientifique au bureau Fraunhofer IKTS de Freiberg, et son équipe ont affiné cette méthode dans le cadre du projet PC2Chem. "Notre objectif était de recycler les plastiques contenant du polycarbonate de manière à ce que les molécules de haute qualité puissent être récupérées et réintégrées dans le cycle de production industrielle en tant que matières premières", explique Kleeberg, expert en technologies du cycle du carbone.
Pour ce faire, les chercheurs exploitent la structure spécifique des polycarbonates. Les polycarbonates sont constitués de polymères, une combinaison de groupes moléculaires appelés monomères qui sont liés entre eux. Lorsque ces polymères sont exposés à un stress thermique dans le cadre du processus de pyrolyse, les liens avec les molécules de haute qualité se brisent simplement.
Four rotatif industriel
L'équipe Fraunhofer utilise un four rotatif pour la pyrolyse. Grâce à sa structure robuste et à sa taille, le four peut traiter des volumes relativement importants. Les déchets plastiques livrés par Covestro sous forme de granulés sont introduits dans le four, qui tourne en chauffant le matériau qu'il contient. Le premier produit du processus est le gaz, qui passe dans une unité de condensation où il finit par se transformer en un liquide huileux. Le partenaire du projet, Covestro, transforme ensuite le liquide en diverses molécules utiles.
L'équipe de chercheurs a dû surmonter un certain nombre d'obstacles en laboratoire pour s'assurer que le recyclage par four rotatif donnerait des produits d'une composition et d'un rendement optimaux. Le fractionnement des plastiques à haute température est un processus extrêmement complexe et sensible. Le grand défi de l'équipe du Fraunhofer IKTS a donc été de définir les paramètres exacts du processus de pyrolyse : température, temps de chauffage et de rétention, refroidissement, conditions de pression et ajout de substances auxiliaires et supplémentaires. Pour ne rien arranger, les plastiques contiennent des additifs tels que des colorants, des azurants, des retardateurs de flamme, des substances qui affectent la résistance ou l'élasticité, et même des stabilisateurs de lumière. Tous ces additifs compliquent le traitement dans le four rotatif.
"Si les produits de la réaction provoquée par la pyrolyse dans le four rotatif refroidissent trop lentement, les processus chimiques ne sont pas arrêtés, de sorte que les molécules qui ont été divisées forment de nouvelles liaisons. La seule façon d'obtenir le rendement élevé souhaité des produits cibles est de régler correctement tous les paramètres en fonction les uns des autres. Nous avons donc procédé à des essais approfondis, en optimisant le processus étape par étape", explique Jörg Kleeberg.
Les experts du Fraunhofer IKTS sont en mesure de mettre à profit leurs années d'expérience dans les domaines de la conversion à haute température et de l'ingénierie des procédés. Le projet PC2Chem progresse bien. Le recyclage permet de récupérer jusqu'à 60 % des composants d'origine. Le système est sorti de la phase initiale d'essais en laboratoire et est maintenant testé à l'échelle de l'usine pilote.
Un pas vers l'économie circulaire
La nouvelle technologie de recyclage présente des avantages tangibles pour les applications industrielles. L'huile de pyrolyse extraite au cours du processus contient des produits chimiques importants pour l'industrie chimique, tels que le styrène et le phénol. À l'heure actuelle, il faut encore utiliser des matières premières fossiles provenant des raffineries pour obtenir ces produits chimiques. Covestro croit également aux avantages de cette méthode : "Grâce au processus de pyrolyse catalytique, nous pouvons récupérer des matières premières pour la production de polycarbonate à partir de diverses formes de déchets contenant du PC. Ce faisant, nous réduisons les émissions de dioxyde de carbone, nous économisons l'énergie et nous réduisons les coûts", explique Stefanie Eiden, chef de projet mondial pour la pyrolyse.
Le professeur Martin Gräbner, directeur du département d'ingénierie de l'énergie et des procédés du Fraunhofer IKTS sur le site de Freiberg, explique : "L'objectif n'est pas de faire de la pyrolyse un procédé de traitement des déchets : "L'objectif n'est pas que la pyrolyse remplace les méthodes de recyclage conventionnelles. Au contraire, c'est un complément parfait pour récupérer du plastique de haute qualité à partir de résidus plastiques. La méthode de pyrolyse est un grand pas vers l'économie circulaire dans les secteurs industriels qui transforment les plastiques."
L'équipe du Fraunhofer IKTS a déjà l'œil sur la prochaine étape. "Nous pouvons également adapter la méthode de pyrolyse à d'autres plastiques et substances mixtes. Les clients industriels peuvent nous faire part de leurs problèmes de recyclage et nous développerons une solution personnalisée", explique Jörg Kleeberg.
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.
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