Le recyclage chimique des plastiques est prêt à démarrer

Des centaines de millions de tonnes de déchets plastiques sont produits chaque année dans le monde. Les scientifiques travaillent d'arrache-pied à la mise au point de nouvelles méthodes permettant d'en recycler une grande partie en produits de haute qualité et de mettre ainsi en place une véritable économie circulaire. Aujourd'hui, ce n'est pas encore le cas. Les déchets plastiques sont principalement recyclés de manière mécanique : broyés puis fondus. Il en résulte certes de nouveaux produits en plastique, mais la qualité des produits diminue drastiquement d'étape de recyclage en étape de recyclage.

Le recyclage chimique est une alternative qui permet d'obtenir des produits de haute qualité et dont le développement fait l'objet de recherches intensives. L'objectif à long terme est de décomposer chimiquement les molécules de plastique à longue chaîne (les polymères) en leurs éléments constitutifs (les monomères). De nouveaux plastiques de haute qualité pourraient alors être fabriqués à partir de ces derniers. Un véritable cycle de durabilité verrait le jour.

Carburants issus de déchets plastiques

Mais dans un premier temps, le développement du recyclage chimique vise à décomposer les longues chaînes de polymères en molécules à chaînes plus courtes, qui peuvent être utilisées par exemple comme carburant liquide ou lubrifiant. Les déchets plastiques ont ainsi une seconde vie sous forme d'essence, de kérosène ou d'huile de moteur. Les scientifiques de l'ETH Zurich ont désormais élaboré de précieuses bases pour le développement de ce processus. Celles-ci permettront à l'ensemble de la communauté scientifique de développer le recyclage de manière ciblée.

Les chercheurs du groupe de Javier Pérez-Ramírez, professeur d'ingénierie catalytique, ont étudié la décomposition du polyéthylène et du polypropylène avec de l'hydrogène. Là aussi, le plastique est d'abord fondu dans une cuve en acier. Ensuite, l'hydrogène gazeux est introduit dans le plastique en fusion. Il est également important que les chimistes ajoutent des catalyseurs en poudre, par exemple ceux qui contiennent le métal ruthénium. En choisissant un catalyseur approprié, les chimistes augmentent l'efficacité de la réaction chimique et peuvent ainsi influencer la formation de molécules d'une certaine longueur de chaîne souhaitée et d'un minimum de sous-produits comme le méthane ou le propane.

Vitesse et géométrie sont essentielles

"Le plastique fondu est mille fois plus épais que le miel. Ce qui est décisif, c'est la manière dont on la remue dans le réservoir pour que la poudre de catalyseur et l'hydrogène aillent vraiment partout", explique Antonio José Martín, scientifique du groupe de Pérez-Ramírez. L'équipe de chercheurs a démontré par des expériences et des simulations informatiques que la masse de plastique est mieux agitée avec une hélice dont les pales sont parallèles à l'axe. Par rapport à une hélice avec des pales inclinées ou à un agitateur en forme de turbine, cela permet un mélange plus homogène et moins de tourbillons. La vitesse d'agitation est également très importante. Elle ne doit être ni trop lente ni trop rapide. La vitesse idéale est proche de 1000 tours par minute.

Les chercheurs sont parvenus à décrire l'ensemble du processus de recyclage chimique et tous ses paramètres dans une formule mathématique. "C'est le rêve de tout ingénieur chimiste d'avoir une telle formule à portée de main pour son processus", déclare Pérez-Ramírez. Tous les scientifiques du champ de recherche peuvent désormais l'utiliser pour calculer précisément l'influence de la géométrie de l'agitateur et de la vitesse de rotation.

Dans les expériences futures, ils pourront comparer de manière ciblée différents catalyseurs ; ils auront ainsi sous contrôle l'influence du mélange sur le processus. En outre, les bases élaborées sont importantes pour passer à l'avenir de la technologie à l'échelle du laboratoire à celle des grandes installations de recyclage. "Mais pour l'instant, nous nous concentrons sur la recherche de meilleurs catalyseurs pour le recyclage chimique des plastiques", explique Martín.

Cette recherche a été soutenue, entre autres, par le Pôle de recherche national page externeNCCR Catalysispris en charge.