Nos déchets plastiques peuvent être utilisés comme matière première pour les détergents, grâce à une méthode catalytique améliorée

Nous avons réussi à accumuler tellement de déchets plastiques qu’il est intimidant de penser à ce qui pourrait être fait avec ces tonnes et tonnes de déchets non biodégradables. Et même si nous essayons de réduire notre dépendance aux plastiques à usage unique, nous continuons d’augmenter le stock mondial de déchets plastiques. Des événements comme la pandémie de COVID-19 n’ont fait qu’étendre leur utilisation pour les équipements de protection individuelle et les emballages jetables et à emporter.

Mais, pour les chercheurs de l’UC Santa Barbara, l’emballage à usage unique d’une personne est la matière première utile d’une autre. Dans un article publié dans la revue Chem, ils ont réinventé la valeur des plastiques à usage unique, en améliorant un processus innovant capable de transformer les polyoléfines, le type de polymère le plus courant dans les emballages à usage unique, en précieux alkylaromatiques – des molécules qui sous-tendent tensioactifs, composants actifs de détergents et autres produits chimiques utiles.

"Si nous fabriquons ces tensioactifs à partir de combustibles fossiles maintenant et que vous pouvez les fabriquer à partir de déchets plastiques, alors vous n'utiliserez plus de combustibles fossiles pour fabriquer des tensioactifs, et vous obtiendrez une autre utilisation du carbone qui est entré dans les plastiques", a déclaré Susannah Scott, professeur de génie chimique, titulaire de la chaire Mellichamp de l'UCSB en traitement catalytique durable. Au lieu de les brûler ou de les enterrer dans des décharges – pratiques qui représentent les principales façons dont nous traitons actuellement les déchets plastiques – les plastiques sont réutilisés selon une méthode qui raccourcit les processus « sales » conventionnels de fabrication de tensioactifs tout en donnant aux plastiques à usage unique une chance supplémentaire d’être utiles. .

Les chercheurs se sont appuyés sur des travaux antérieurs dans lesquels ils ont lancé une méthode catalytique pour briser les fortes liaisons carbone-carbone qui font du plastique un matériau difficile à dégrader, puis réorganiser les chaînes moléculaires en anneaux alkylaromatiques. Bien qu'efficace, a déclaré Scott, le procédé original, basé sur un catalyseur platine sur alumine, était lent et son rendement en molécules alkylaromatiques était faible. "Ce que nous avons fait dans cet article, c'est montrer comment faire les choses mieux", a-t-elle déclaré.

La clé de leur méthode consiste à augmenter l’acidité du catalyseur d’alumine d’origine, via l’ajout de chlore ou de fluor. Grâce aux sites acides ajoutés, l’équipe a pu augmenter la vitesse et la sélectivité de son processus.

"Ça crie", a déclaré Scott. "Cela rend les alkylaromatiques plus rapides et nous pouvons les régler pour fabriquer des molécules de bonne taille." Dans le nouvel article, ils se sont concentrés sur la recherche du rapport optimal entre les sites acides et les sites métalliques dans leur catalyseur, a-t-elle expliqué. « Il s’avère qu’ils travaillent ensemble. Ils ont des rôles différents, mais il faut qu'ils soient tous les deux présents et dans le bon rapport afin que le cycle catalytique ne reste bloqué à aucun moment.

De plus, leur procédé mono-pot fonctionne à des températures modérées, nécessitant un faible apport énergétique. Alors qu'à l'origine la méthode prenait 24 heures pour transformer le plastique en molécules alkylaromatiques, le processus amélioré peut accomplir la tâche en quelques heures, augmentant ainsi la quantité de plastique pouvant être transformée dans un réacteur de taille raisonnable.

Avec de nouvelles améliorations, cette méthode pourrait être en passe de devenir un processus commercial viable, selon Scott. L’objectif ultime est de le généraliser, ce qui permettrait et encouragerait la valorisation des plastiques à usage unique. En utilisant les déchets plastiques comme matière première très abondante, les entreprises chimiques pourraient récupérer les molécules alkylaromatiques résultant de ce processus et les transformer en tensioactifs qui sont formulés dans des savons, des lessives, des nettoyants et autres détergents.

"Idéalement, vous souhaitez réutiliser les déchets plastiques dans un but avec un volume de production suffisamment important, pour lequel il existe une demande importante, afin de résoudre le problème du plastique", a expliqué Scott. Pour déterminer si cette méthode est véritablement durable, a-t-elle ajouté, elle devrait faire l'objet d'une évaluation du cycle de vie, dans laquelle l'énergie dépensée et les gaz à effet de serre émis sont calculés à chaque étape. L'utilisation de déchets garantit qu'aucune émission supplémentaire de gaz à effet de serre n'est produite pour créer la matière première, mais l'énergie requise pour exécuter le processus catalytique et séparer les molécules souhaitées devrait être prise en compte avant la mise à l'échelle, a déclaré Scott. Si elle réussit, la méthode pourrait remplacer les processus plus gourmands en combustibles fossiles qui entrent dans la création de tensioactifs à partir de zéro.