Recyclage du carbone au lieu des déchets plastiques
L'électrocatalyse du fer décompose le polystyrène et fournit de l'hydrogène vert
Les Plastiques sont incontournables dans notre vie quotidienne. Les énormes quantités de déchets plastiques qui s'entassent dans les décharges et dans l'environnement sont toutefois aussi problématiques que les plastiques sont utiles. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche allemande vient de présenter une nouvelle méthode de recyclage des déchets de polystyrène. Leur procédé électrochimique efficace utilise un catalyseur en fer peu coûteux, produit de l'hydrogène comme sous-produit et peut être alimenté par des panneaux solaires.
Moins de 10 % du plastique produit dans le monde est recyclé. Les déchets plastiques s'accumulent dans les décharges et les cours d'eau, menaçant la faune et l'environnement. D'ici 2025, cet amoncellement de plastique devrait atteindre 40 milliards de tonnes. Au niveau mondial, environ 33 % des matériaux déposés dans les décharges sont constitués de polystyrène (PS), largement utilisé dans l'emballage et la construction. Seul 1 % environ du polystyrène est recyclé. La capacité de production mondiale de polystyrène a atteint 15,4 millions de tonnes en 2022 et continue d'augmenter. Le recyclage des plastiques, en particulier du polystyrène, est l'un des plus grands défis sociétaux de notre époque. Des méthodes de recyclage efficaces et rentables qui convertissent les déchets plastiques en petites molécules précieuses pouvant être utilisées dans des synthèses chimiques constitueraient un pas en avant vers une économie circulaire durable du carbone.
Une équipe dirigée par Lutz Ackermann à l'Institut de recherche Friedrich Wöhler pour la chimie durable à Göttingen (Allemagne) a mis au point une méthode électrocatalytique pour la dégradation efficace des polystyrènes. La dégradation produit une fraction relativement importante de produits benzoyles monomères qui peuvent être utilisés comme matériaux de départ pour des processus chimiques, ainsi que quelques courtes chaînes de polymères.
La clé de ce succès est un puissant catalyseur à base de fer, un complexe de porphyrine de fer qui ressemble à l'hémoglobine. Son avantage par rapport à de nombreux autres métaux catalytiques est que le fer n'est pas toxique, qu'il est peu coûteux et qu'il est facile à obtenir. Au cours de la réaction électrocatalytique, le composé de fer passe par différentes étapes d'oxydation (IV, III et II). Une série d'étapes de réaction et de produits intermédiaires aboutissent finalement à la rupture des liaisons carbone-carbone dans le squelette du polymère. Les principaux produits sont l'acide benzoïque et le benzaldéhyde. L'acide benzoïque est un produit de départ pour une variété de synthèses chimiques dans la production de parfums et de conservateurs, par exemple. La robustesse de cette nouvelle électrocatalyse a été démontrée par la dégradation efficace de déchets plastiques réels à l'échelle du gramme.
Ce processus de dégradation du polystyrène pourrait être entièrement alimenté en électricité par des panneaux solaires disponibles dans le commerce. En outre, une réaction secondaire utile se produit au cours du processus de dégradation : la production d'hydrogène. Ainsi, le nouveau processus électrocatalytique, qui peut facilement être mis à l'échelle industrielle, associe le recyclage efficace des plastiques à la production décentralisée et écologique d'hydrogène.
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