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Catalyseurs pour le recyclage du plastique
Une bouteille en plastique jetée dans le bac de recyclage peut finir par être déchiquetée et réutilisée pour faire un pull ou un tapis, mais elle ne sera pas transformée en une autre bouteille d'eau. Du moins pas jusqu'ici. Les catalyseurs développés par des chercheurs d'IBM et de Stanford pourraient rendre rentable la décomposition des plastiques en polyéthylène téréphtalate, ou PET, en leurs produits chimiques constitutifs pour les réutiliser sous forme de bouteilles. L'entreprise travaille à tester son catalyseur de recyclage du PET à grande échelle pour éventuellement le développer pour une utilisation industrielle.
Recyclage du plastique : James Hedrick, un scientifique du centre de recherche IBM d'Almaden, développe des catalyseurs qui aident à recycler chimiquement le plastique PET utilisé pour fabriquer ces bouteilles.
La plupart des bouteilles de boissons en plastique sont en PET, comme tout ce qui porte le 1er tampon de recyclage. En règle générale, le plastique est lavé, broyé mécaniquement et mélangé avec du PET vierge pour fabriquer un polymère qui n'est pas adapté à l'emballage mais qui peut être utilisé pour fabriquer des produits secondaires, notamment des vêtements et des tapis.
Le recyclage mécanique, plutôt que chimique, est utilisé pour le PET car il est trop coûteux de décomposer le polymère en ses parties chimiques, explique Dennis Sabourin, directeur exécutif de la Association nationale pour les ressources de conteneurs en PET , une organisation commerciale. Il existe deux méthodes existantes pour accomplir la réaction chimique, dit Sabourin, mais elles sont très énergivores et ont été abandonnées en raison de leur coût. Même avec l'utilisation de catalyseurs existants pour faciliter les réactions de recyclage, ces processus doivent être effectués à des températures élevées et sous une pression élevée, et prennent beaucoup de temps. Si les nouveaux catalyseurs ont même un minimum de succès, ce serait une grande nouvelle, dit Sabourin.
Les chercheurs d'IBM et de Stanford, qui ont décrit leurs travaux aujourd'hui dans la revue Macromolécules , ont développé plusieurs nouveaux catalyseurs, dont l'un peut être utilisé pour recycler chimiquement le PET en peu de temps à 75 ºC. Le PET est fabriqué à partir de deux matières premières, l'une étant un acide organique, l'autre de l'éthylène glycol, ce qui est relativement peu coûteux. Le catalyseur fonctionne dans une solution d'éthylène glycol. Lorsque des bouteilles d'eau découpées sont placées dans la solution, le catalyseur fait réagir l'acide organique du plastique avec l'éthylène glycol en solution pour produire du PET de la même qualité que celle utilisée pour fabriquer la bouteille initialement.
Les nouveaux catalyseurs sont le résultat d'un projet de recherche d'une décennie chez IBM visant à développer de meilleurs moyens de fabriquer les polymères utilisés comme couche isolante dans les puces informatiques. Ces couches sont traditionnellement préparées à l'aide de catalyseurs contenant du métal. Les catalyseurs métalliques sont très actifs, mais ils sont difficiles à éliminer une fois la réaction terminée, laissant de petites impuretés qui peuvent néanmoins interférer avec les performances d'une puce. Ces impuretés métalliques peuvent également s'échapper, devenant un polluant environnemental lorsque la puce est détruite en fin de vie. L'élimination de ce catalyseur est d'un coût prohibitif, nous avons donc commencé à chercher une nouvelle façon de fabriquer des polymères, explique James Hedrick, scientifique principal chez IBM. Centre de recherche d'Almaden à San José, Californie.
Les chercheurs d'IBM se sont tournés vers les catalyseurs organiques, dont la conception est similaire aux enzymes biologiques.
Les catalyseurs organiques ont traditionnellement été fortement critiqués car ils ont une faible activité et de grandes quantités d'entre eux sont nécessaires pour favoriser une réaction, explique Hedrick. Nous avons trouvé des familles de catalyseurs aussi actifs que les catalyseurs métalliques, dont certains sont bons pour travailler avec des matériaux isolants pour puces, et dont certains peuvent fonctionner avec du PET. Les chercheurs d'IBM ont collaboré avec un groupe de chimie computationnelle au sein de l'entreprise pour modéliser l'activité des catalyseurs et les ont démontrés expérimentalement en laboratoire.
Le catalyseur de recyclage du PET, un type de molécule appelé carbène, a été inspiré par la vitamine B1, explique le professeur de chimie de Stanford Robert Waymouth . Les chercheurs de Stanford et d'IBM ont deviné qu'une petite molécule organique similaire pourrait être efficace pour catalyser des réactions qui enchaînent des esters pour former de longs polymères.
Les chercheurs d'IBM vont désormais collaborer avec des chercheurs du Cité du roi Abdulaziz pour la science et la technologie en Arabie Saoudite pour tester à plus grande échelle le recyclage chimique du PET. Nous devons voir si ce que nous avons découvert sur le banc de laboratoire peut fonctionner dans de gros réacteurs, dit Waymouth. Lors des premiers tests, ils se concentreront sur la décomposition du polymère en ses constituants. Cependant, la société a également obtenu de bons résultats en utilisant ses catalyseurs organiques pour dépolymériser le PET afin de fabriquer des matériaux spécialisés tels que des matières premières pour les plastiques à haute résistance qui sont plus précieux mais coûteux à fabriquer en utilisant d'autres voies. Vous commencez avec des déchets et vous les réintégrez dans des matériaux de plus grande valeur, dit Robert Allen , directeur principal de la chimie des matériaux avancés chez IBM Almaden.