Les scientifiques inventent une manière brillante de recycler les plastiques en liquides capables de stocker l’énergie hydrogène


Des scientifiques de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont créé un processus permettant de recycler la plupart des plastiques en ingrédients chimiques utiles pour le stockage d’énergie, à l’aide de diodes électroluminescentes (DEL) et d’un catalyseur disponible dans le commerce, le tout à température ambiante.

Le nouveau procédé est très économe en énergie et pourra être facilement alimenté par des énergies renouvelables à l’avenir, contrairement à d’autres procédés de recyclage thermiques comme la pyrolyse.

Cette innovation surmonte les défis actuels du recyclage des plastiques tels que le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE) et le polystyrène (PS), qui sont généralement incinérés ou jetés dans les décharges. À l’échelle mondiale, seuls 9 % des plastiques sont recyclés et la pollution plastique augmente à un rythme alarmant.

Le plus grand défi du recyclage de ces plastiques réside dans leurs liaisons carbone-carbone inertes, qui sont très stables et nécessitent donc une quantité importante d’énergie pour se rompre. Cette liaison est également la raison pour laquelle ces plastiques sont résistants à de nombreux produits chimiques et ont des points de fusion relativement élevés.

Actuellement, la seule façon commerciale de recycler ces plastiques est la pyrolyse, qui entraîne des coûts énergétiques élevés et génère de grandes quantités d’émissions de gaz à effet de serre, ce qui rend son coût prohibitif étant donné la valeur moindre de l’huile de pyrolyse obtenue.

Développée par le professeur agrégé Soo Han Sen, expert en photocatalyse de l’École de chimie, de génie chimique et de biotechnologie de NTU, la nouvelle méthode utilise des LED pour activer et briser les liaisons carbone-carbone inertes dans les plastiques à l’aide d’un vanadium disponible dans le commerce. catalyseur.

Publié cette semaine dans la revue Chimie, la méthode NTU permet de recycler une gamme de plastiques, notamment le PP, le PE et le PS. Ces plastiques représentent ensemble plus de 75 % des déchets plastiques mondiaux.

En développant une solution verte au problème des déchets plastiques, l’équipe voulait s’assurer que le recyclage des plastiques, qui sont de longues chaînes de molécules contenant des atomes de carbone, génère un minimum d’émissions supplémentaires de carbone.

L’inventeur Assoc Prof Soo a déclaré : « Notre avancée fournit non seulement une réponse potentielle au problème croissant des déchets plastiques, mais elle réutilise également le carbone piégé dans ces plastiques au lieu de le libérer dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre par incinération. »

Comment les plastiques se décomposent

Tout d’abord, les plastiques sont dissous ou dispersés dans le solvant organique appelé dichlorométhane, qui est utilisé pour disperser les chaînes polymères afin qu’elles soient plus accessibles au photocatalyseur. La solution est ensuite mélangée au catalyseur et s’écoule à travers une série de tubes transparents sur lesquels la lumière LED brille.

La lumière fournit l’énergie initiale nécessaire pour rompre les liaisons carbone-carbone dans un processus en deux étapes à l’aide du catalyseur au vanadium. Les liaisons carbone-hydrogène dans les plastiques sont oxydées, ce qui les rend moins stables et plus réactives, après quoi les liaisons carbone-carbone sont rompues.

Après séparation de la solution, les produits finaux résultants sont des ingrédients chimiques tels que l’acide formique et l’acide benzoïque, qui peuvent être utilisés pour fabriquer d’autres produits chimiques utilisés dans les piles à combustible et les transporteurs d’hydrogène organique liquide (LOHC). Les LOHC sont désormais explorés par le secteur de l’énergie car ils jouent un rôle essentiel dans le développement des énergies propres, compte tenu de leur capacité à stocker et à transporter l’hydrogène gazeux de manière plus sûre.

Contrairement aux technologies actuelles et émergentes de recyclage des plastiques, telles que la pyrolyse, qui utilise un processus à haute température pour fondre et dégrader les plastiques en carburants de mauvaise qualité, ou en nanotubes de carbone et en hydrogène, la nouvelle méthode basée sur les LED nécessite beaucoup moins d’énergie.

Le professeur Soo ajoute que leur méthode est unique dans la mesure où elle peut utiliser la lumière du soleil ou des LED alimentées par de l’électricité provenant de sources renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne ou géothermique, pour traiter et recycler complètement une si large gamme de plastiques. Cela peut permettre une gestion propre et économe en énergie des plastiques dans une économie circulaire et augmenter le taux de recyclage des plastiques.

Le processus pourrait également aider Singapour à réduire la quantité de déchets plastiques incinérés ou mis en décharge, aidant ainsi le pays à respecter son plan directeur zéro déchet, qui vise à augmenter le taux de recyclage global à 70 % d’ici 2030 et à réduire les déchets envoyés à Singapour. la décharge de Semakau, dont on estime qu’elle manquera d’espace d’ici 2035.

Singapour génère environ 1 million de tonnes de déchets plastiques par an et seulement 6 % des déchets plastiques de Singapour sont recyclés.

Cette étude fait partie d’un projet plus vaste, intitulé ÉPICÉA: Réutilisation durable des plastiques pour une économie circulairequi implique également le professeur Xin (Simba) Chang, doyen associé (recherche) de la Nanyang Business School et le professeur agrégé Md Saidul Islam de la School of Social Sciences.

L’équipe interdisciplinaire estime que si Singapour parvenait à recycler 80 pour cent de ses plastiques, cela pourrait conduire à une réduction d’au moins 2,1 millions de tonnes des émissions de dioxyde de carbone, soit environ 4 pour cent des émissions totales de gaz à effet de serre du pays.

En outre, lorsque les plastiques sont recyclés en matières premières chimiques, l’industrie chimique n’a plus besoin de brûler des combustibles fossiles pour produire des matières premières chimiques, réduisant ainsi davantage les émissions de gaz à effet de serre.

Sur la base des estimations du professeur Chang et d’autres membres de l’équipe, le bénéfice économique de la réduction des émissions de dioxyde de carbone est estimé à 41,40 millions de dollars singapouriens par an, tandis que les économies estimées en évitant l’utilisation des décharges sont d’environ 41,35 millions de dollars singapouriens par an à Singapour., La réutilisation et le recyclage du plastique devraient générer une croissance des bénéfices pouvant atteindre 60 milliards de dollars pour l’industrie chimique mondiale.

Le professeur Chang, expert en finance d’entreprise, a ajouté : « Étant donné que l’industrie chimique de Singapour représente environ un tiers de la production manufacturière en 2015, l’intégration de la technologie de recyclage du plastique dans l’industrie a le potentiel d’avoir un impact économique et environnemental positif considérable. « .

L’expert en sociologie Assoc Prof Islam a déclaré : « Cette approche innovante – en transformant les déchets plastiques en ressources précieuses comme l’acide formique – réduit non seulement le fardeau de la pollution plastique, mais répond également à la demande croissante de produits chimiques durables. améliore la santé publique et crée de nouvelles opportunités d’emploi, en particulier dans les secteurs de la recherche, du développement et de la production, favorisant ainsi la croissance économique avec une transition vers des économies circulaires.

L’équipe NTU a déposé un brevet pour son procédé photocatalytique, conçu dans un souci d’évolutivité industrielle, par l’intermédiaire de la société d’innovation et d’entreprise de l’université, NTUitive. L’équipe recherche désormais des partenaires pour commercialiser davantage la technologie, ce qui pourrait contribuer à aider Singapour à atteindre son objectif de zéro émission nette d’ici 2050.

Leur innovation illustre l’engagement inébranlable de NTU à développer des solutions durables pour relever les défis mondiaux urgents tels que le changement climatique. Dans son plan stratégique NTU 2025, l’université a également présenté son manifeste de durabilité qui explique comment NTU vise à devenir neutre en carbone d’ici 2035.

NTU cherche également à nourrir et à soutenir de nouvelles solutions de recherche et à accélérer le processus de commercialisation grâce à son initiative d’innovation et d’entrepreneuriat récemment lancée.

SPRUCE est soutenu par NTU et l’Alliance pour mettre fin aux déchets plastiques. Ce projet est également en partie soutenu par la National Research Foundation de Singapour (NRF) dans le cadre de son programme de recherche compétitif, ainsi que par une subvention de recherche individuelle A*STAR Advanced Manufacturing and Engineering et une subvention de niveau 1 du ministère de l’Éducation.

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