L'étude, qui a été dirigée par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l'énergie et comprend un membre du corps professoral du Collège d'ingénierie de l'Oregon State University (OSU), publiée aujourd'hui dans la revue Les sciences.
Les scientifiques ont franchi une étape clé pour élargir considérablement la gamme de plastiques pouvant être recyclés. Cette percée est importante car les déchets plastiques sont un énorme problème à la fois dans le monde et aux États-Unis. En fait, seulement environ 5 % du plastique usagé est recyclé aux États-Unis, selon NREL.
Les matériaux d'emballage, les conteneurs et autres objets jetés remplissent les décharges et polluent l'environnement à un rythme incroyablement rapide. Selon le NREL, les scientifiques estiment que d'ici 2050, l'océan contiendra plus de plastique en poids que de poissons.
Une collaboration dirigée par Gregg Beckham du NREL et comprenant Lucas Ellis, un chercheur de l'OSU qui était boursier postdoctoral du NREL pendant le projet, a combiné des processus chimiques et biologiques dans une preuve de concept pour «valoriser» les déchets plastiques mixtes. Valoriser signifie augmenter la valeur de quelque chose.
La recherche s'appuie sur l'utilisation de l'oxydation chimique pour décomposer une variété de types de plastique, une méthode lancée il y a une décennie par le géant de l'industrie chimique DuPont.
"Nous avons développé une technologie qui utilise de l'oxygène et des catalyseurs pour décomposer les plastiques en blocs de construction chimiques plus petits et biologiquement respectueux", a déclaré Ellis, professeur adjoint de génie chimique. « À partir de là, nous avons utilisé un microbe du sol biologiquement modifié capable de consommer et de « canaliser » ces blocs de construction en un biopolymère ou un composant pour la production de nylon de pointe.
Beckham, chercheur principal au NREL et responsable du Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment Consortium – connu sous le nom de BOTTLE – a déclaré que le travail fournit un "point d'entrée potentiel dans le traitement des plastiques qui ne peuvent pas être recyclés du tout aujourd'hui."
Les technologies de recyclage actuelles ne peuvent fonctionner efficacement que si les intrants plastiques sont propres et séparés par type, explique Beckham.
Les plastiques peuvent être fabriqués à partir de différents polymères, chacun avec ses propres blocs de construction chimiques uniques. Lorsque des produits chimiques polymères sont mélangés dans un bac de collecte ou formulés ensemble dans certains produits comme les emballages multicouches, le recyclage devient coûteux et presque impossible car les polymères doivent souvent être séparés avant de pouvoir être recyclés.
"Notre travail a abouti à un processus qui peut convertir des plastiques mélangés en un seul produit chimique", a déclaré Ellis. "En d'autres termes, il s'agit d'une technologie que les recycleurs pourraient utiliser sans avoir à trier les plastiques par type."
Les scientifiques ont appliqué le processus à un mélange de trois plastiques courants : le polystyrène, utilisé dans les tasses à café jetables ; le polyéthylène téréphtalate, la base des tapis, des vêtements en polyester et des bouteilles de boissons à usage unique ; et le polyéthylène haute densité, utilisé dans les pots à lait et de nombreux autres plastiques de consommation.
Le processus d'oxydation a décomposé les plastiques en un mélange de composés comprenant de l'acide benzoïque, de l'acide téréphtalique et des acides dicarboxyliques qui, en l'absence du microbe du sol modifié, nécessiteraient des séparations avancées et coûteuses pour donner des produits purs.
Les chercheurs ont conçu le microbe, Pseudomonas putida, pour canaliser biologiquement le mélange dans l'un des deux produits - les polyhydroxyalcanoates, une forme émergente de bioplastiques biodégradables, et le bêta-cétoadipate, qui peut être utilisé dans la fabrication de nylon à performances améliorées.
Essayer le processus avec d'autres types de plastiques, y compris le polypropylène et le chlorure de polyvinyle, sera au centre des travaux à venir, ont déclaré les chercheurs.
"Le processus de catalyse chimique que nous avons utilisé n'est qu'un moyen d'accélérer un processus qui se produit naturellement, donc au lieu de se dégrader sur plusieurs centaines d'années, vous pouvez décomposer ces plastiques en quelques heures ou minutes", a déclaré le co-auteur Kevin Sullivan, un chercheur postdoctoral. chercheur au NREL.
Référence : « Valorisation des déchets plastiques mixtes par oxydation chimique en tandem et entonnoir biologique » 13 octobre 2022, Les sciences.
DOI : 10.1126/science.abo4626
Le financement a été fourni par le bureau de fabrication avancée et le bureau des technologies bioénergétiques du département américain de l'énergie, et les travaux ont été réalisés dans le cadre du consortium BOTTLE.
Des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de l'Université du Wisconsin-Madison et du Laboratoire national d'Oak Ridge ont également participé à l'étude.
Le NREL est le principal laboratoire national du Département américain de l'énergie pour la recherche et le développement sur les énergies renouvelables et l'efficacité énergétique. Il est exploité pour le département par l'Alliance for Sustainable Energy, LLC.
