Le recyclage chimique des plastiques est prêt à démarrer

Des centaines de millions de tonnes de déchets plastiques sont générées chaque année dans le monde. Les scientifiques travaillent sans relâche sur de nouvelles méthodes pour recycler une grande partie de ces déchets en produits de haute qualité et permettre ainsi une véritable économie circulaire. Toutefois, les pratiques de recyclage actuelles ne permettent pas d'atteindre cet objectif. La plupart des déchets plastiques sont recyclés mécaniquement : ils sont déchiquetés puis fondus. Bien que ce processus permette d'obtenir de nouveaux produits en plastique, leur qualité se détériore à chaque étape du recyclage.

Une alternative à ce procédé est le recyclage chimique, qui évite la perte de qualité. Cette méthode consiste à décomposer les molécules de plastique à longue chaîne (polymères) en leurs éléments constitutifs fondamentaux (monomères), qui peuvent être réassemblés en de nouvelles matières plastiques de haute qualité, créant ainsi un cycle véritablement durable.

Combustibles à partir de déchets plastiques

Au fur et à mesure que l'approche du recyclage chimique se développe, l'accent est mis sur la décomposition de ces longues chaînes de polymères en molécules à chaîne plus courte qui peuvent être utilisées comme carburants liquides, par exemple, ou comme lubrifiants. Les déchets plastiques ont ainsi une seconde vie sous forme d'essence, de carburéacteur ou d'huile de moteur. Les scientifiques de l'ETH Zurich ont maintenant posé des bases importantes pour le développement de ce processus, qui permettent à la communauté scientifique mondiale de s'engager dans un travail de développement du recyclage plus ciblé et plus efficace.

Les chercheuses et chercheurs du groupe dirigé par Javier Pérez-Ramírez, professeur d'ingénierie de la catalyse, ont étudié comment décomposer le polyéthylène et le polypropylène avec de l'hydrogène. Ici aussi, la première étape consiste à faire fondre le plastique dans un réservoir en acier. L'hydrogène gazeux est ensuite introduit dans le plastique fondu. Une étape cruciale consiste à ajouter un catalyseur en poudre contenant des métaux tels que le ruthénium. En choisissant soigneusement un catalyseur approprié, les chercheurs peuvent augmenter l'efficacité de la réaction chimique, en favorisant la formation de molécules avec des longueurs de chaîne spécifiques tout en minimisant les sous-produits tels que le méthane ou le propane.

La vitesse de rotation et la géométrie sont essentielles

«Le plastique fondu est mille fois plus épais que le miel. La clé est de savoir comment le remuer dans le réservoir pour s'assurer que la poudre de catalyseur et l'hydrogène sont bien mélangés», explique Antonio José Martín, un scientifique du groupe de Javier Pérez-Ramírez. Grâce à des expériences et à des simulations informatiques, l'équipe de recherche a démontré que la meilleure façon de remuer le plastique est d'utiliser une hélice dont les pales sont parallèles à l'axe. Par rapport à une hélice à pales inclinées ou à un agitateur en forme de turbine, cela permet d'obtenir un mélange plus homogène et de réduire les tourbillons d'écoulement. La vitesse d'agitation est également cruciale. Elle ne doit être ni trop lente ni trop rapide ; la vitesse idéale est proche de 1000 tours par minute.

Les chercheurs et chercheuses ont réussi à mettre au point une formule mathématique décrivant l'ensemble du processus de recyclage chimique avec tous ses paramètres : «C'est le rêve de tout ingénieur chimiste d'avoir une telle formule à portée de main pour son processus», déclare Javier Pérez-Ramírez. Tous les scientifiques du domaine de la recherche peuvent désormais calculer avec précision l'effet de la géométrie et de la vitesse de l'agitateur.

Grâce à cette formule, les expériences futures pourront se concentrer sur la comparaison directe de différents catalyseurs en contrôlant l'influence du mélange. En outre, les principes développés ici sont essentiels pour faire passer la technologie du laboratoire à de grandes usines de recyclage. «Mais pour l'instant, nous continuons à nous concentrer sur la recherche de meilleurs catalyseurs pour le recyclage chimique des plastiques», ajoute Antonio José Martín.