fr.wedoany.com Rapport : Les produits en plastique sont présents dans tous les recoins de la vie quotidienne, mais une fois jetés, ils comptent parmi les catégories de matériaux les plus difficiles à recycler sur Terre. Les procédés de recyclage traditionnels exigent un tri préalable par type de plastique, une étape à forte intensité de main-d'œuvre et coûteuse. Sur l'ensemble des déchets plastiques mondiaux, seuls 9 % sont recyclés, 79 % sont mis en décharge, et les 12 % restants sont incinérés, libérant du dioxyde de carbone.
Une équipe conjointe de chercheurs de la Samueli School of Engineering de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA Samueli School of Engineering) et de l'Université féminine Ewha (Ewha Womans University) en Corée du Sud a démontré une méthode chimique permettant de convertir directement un mélange de trois plastiques courants en hydrogène de haute pureté. Cette méthode fonctionne à une température nettement inférieure à celle de la gazéification traditionnelle et séquestre le dioxyde de carbone sous forme de minéraux solides, sans libérer de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Les résultats ont été publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (Comptes rendus de l'Académie nationale des sciences des États-Unis). Le procédé de traitement thermique alcalin (alkaline thermal treatment, ATT) utilisé dans l'étude exploite l'hydroxyde de sodium qui, sous l'effet de la chaleur, réagit avec les matières organiques pour générer de l'hydrogène. Il peut traiter des déchets mélangés de polyéthylène téréphtalate (PET), de polyéthylène (PE) et de polypropylène (PP) dans un seul réacteur, produisant de l'hydrogène d'une pureté supérieure à 90 % sans nécessiter de tri préalable.
Ah-Hyung « Alissa » Park, co-auteure correspondante de l'article, titulaire de la chaire Ronald et Valerie Sugar à la Samueli School of Engineering de l'UCLA et professeure de génie chimique et biomoléculaire, a déclaré que les déchets plastiques s'accumulent à un rythme alarmant, que l'hydrogène propre est essentiel à la décarbonation de l'énergie, et que cette technologie répond simultanément à ces deux défis de manière créative et évolutive.
Le procédé ATT est adapté d'une méthode de production d'hydrogène à partir de biomasse, notamment d'algues, développée précédemment par Park et Woo-Jae Kim, co-auteur correspondant de l'article et professeur de génie chimique et science des matériaux à l'Université féminine Ewha. Dans les expériences en laboratoire, l'équipe de recherche a utilisé une version améliorée du procédé ATT pour convertir le PET, le PE et le PP en hydrogène de haute pureté, avec une température de fonctionnement inférieure de 300 à 400 degrés Celsius à celle de la gazéification à la vapeur traditionnelle, tout en augmentant considérablement le rendement en hydrogène obtenu à partir du PET.
Le polyéthylène et le polypropylène sont entièrement constitués de liaisons carbone-hydrogène et sont chimiquement inertes dans des conditions alcalines ; lorsqu'ils réagissent seuls, leur rendement en hydrogène est médiocre. Pour activer ces deux plastiques, les chercheurs ont mis au point un prétraitement thermo-oxydatif : avant la réaction principale, les plastiques sont brièvement exposés à un chauffage doux à l'air, ce qui introduit des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène dans les chaînes polymères, créant ainsi des sites réactifs pour le traitement alcalin.
Une fois activés, les trois plastiques se décomposent efficacement. Le carbone libéré par la réaction est capturé par le réactif hydroxyde de sodium et converti en carbonate de sodium solide, plutôt que de s'échapper sous forme de dioxyde de carbone. L'analyse post-réaction a montré que plus de 75 % du carbone des plastiques d'origine se retrouve sous forme de carbonates stables ou de résidus organiques liquides, que la proportion de produits gazeux est inférieure à 13 % et que le carbone directement rejeté dans l'atmosphère est négligeable. Le carbonate de sodium peut être converti en carbonate de calcium par un simple procédé de récupération, fixant le carbone dans des minéraux largement utilisés par les industries traditionnellement intensives en carbone.
Les méthodes antérieures à basse température de conversion des déchets plastiques en hydrogène, notamment la photoreformage à énergie solaire et la conversion électrochimique, ne s'appliquaient qu'aux plastiques contenant de l'oxygène comme le PET, et ne pouvaient pas traiter le polyéthylène et le polypropylène, qui représentent la plus grande part des flux de déchets. La gazéification à haute température peut traiter des plastiques mélangés non triés, mais libère d'importantes quantités de dioxyde de carbone. Cette étude est la première fois que l'équipe résout simultanément ces trois limitations avec sa propre méthode.
Kim a déclaré que les coûts de tri et la complexité des procédés ont longtemps constitué les principaux obstacles à la commercialisation. Cette technologie abaisse ces deux barrières et a le potentiel de devenir une technologie de base de nouvelle génération soutenant l'économie de l'hydrogène et l'économie circulaire.
L'équipe de recherche a souligné que le procédé nécessite encore des optimisations supplémentaires avant un déploiement à grande échelle, ainsi qu'une évaluation de sa viabilité économique.
Cette recherche a été financée par la Fondation nationale de la recherche de Corée (National Research Foundation of Korea). Les autres auteurs incluent Jieun Park, Hyerin Seo et Jiwon Lee de l'Université féminine Ewha, Hyunah Kim de l'Université aérospatiale de Corée (Korea Aerospace University), Hyung-Kyu Lim de l'Université nationale de Kangwon (Kangwon National University), et Wonho Jung de l'Université Sogang (Sogang University).
