Ce nouveau procédé pourrait-il enfin transformer les sacs en polyéthylène et les plastiques en quelque chose d'utile ?

Les plastiques polyéthylène – en particulier le sac en plastique omniprésent qui détruit le paysage – sont notoirement difficiles à recycler. Ils sont robustes et difficiles à décomposer, et s’ils sont recyclés, ils sont fondus en un ragoût de polymère utile principalement pour les terrasses et autres produits de faible valeur.

Mais un nouveau procédé développé à l’Université de Californie à Berkeley et au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) pourrait changer tout cela. Le processus utilise des catalyseurs pour briser les longs polymères de polyéthylène (PE) en morceaux uniformes – la molécule de propylène à trois carbones – qui servent de matière première pour fabriquer d’autres types de plastique de grande valeur, tels que le polypropylène.

Le processus, certes aux premiers stades de développement, transformerait un déchet – non seulement les sacs et emballages en plastique, mais tous les types de bouteilles en plastique PE – en un produit majeur très demandé. Les méthodes précédentes pour briser les chaînes du polyéthylène nécessitaient des températures élevées et donnaient des mélanges de composants beaucoup moins demandés. Le nouveau procédé pourrait non seulement réduire le besoin de production de propylène à partir de combustibles fossiles, souvent appelé propène, mais également contribuer à répondre à un besoin actuellement non satisfait de l'industrie du plastique en matière de propylène.

« Dans la mesure où ils sont recyclés, de nombreux plastiques polyéthylène se transforment en matériaux de mauvaise qualité. Vous ne pouvez pas prendre un sac en plastique et ensuite en fabriquer un autre avec les mêmes propriétés », a déclaré John Hartwig, titulaire de la chaire Henry Rapoport de chimie organique de l'UC Berkeley. "Mais si vous pouvez ramener ce sac polymère à ses monomères, le décomposer en petits morceaux et le repolymériser, alors au lieu d'extraire plus de carbone du sol, vous l'utilisez comme source de carbone pour fabriquer d'autres choses - par exemple, polypropylène. Nous utiliserions moins de gaz de schiste à cette fin, ou pour les autres utilisations du propène, et pour combler ce que l’on appelle le déficit en propylène.

Les plastiques polyéthylène représentent environ un tiers du marché mondial des plastiques, avec plus de 100 millions de tonnes produites chaque année à partir de combustibles fossiles, y compris le gaz naturel obtenu par fracturation hydraulique, souvent appelé gaz de schiste.

Malgré les programmes de recyclage (les produits recyclables en PE portent les numéros de plastique 2 et 4), seulement 14 % environ de tous les produits en plastique polyéthylène sont recyclés. En raison de leur stabilité, les polymères de polyéthylène sont difficiles à décomposer ou à dépolymériser, de sorte que la majeure partie du recyclage consiste à les faire fondre et à les mouler en d'autres produits, comme les meubles de jardin, ou à les brûler comme combustible.

Dépolymériser le polyéthylène et le transformer en propylène est un moyen de recyclage, c'est-à-dire de produire des produits de plus grande valeur à partir de déchets essentiellement de valeur nulle, tout en réduisant l'utilisation de combustibles fossiles.

Hartwig et ses collègues publieront cette semaine les détails de leur nouveau processus catalytique dans la revue Science.

Hartwig se spécialise dans l'utilisation de catalyseurs métalliques pour insérer des liaisons inhabituelles et réactives dans des chaînes d'hydrocarbures, dont la plupart sont à base de pétrole. De nouveaux groupes chimiques peuvent ensuite être ajoutés au niveau de ces liaisons réactives pour former de nouveaux matériaux. Le polyéthylène hydrocarboné, qui se présente généralement sous la forme d'une chaîne polymère d'environ 1 000 molécules d'éthylène (chaque éthylène est composé de deux atomes de carbone et de quatre atomes d'hydrogène), a posé un défi à son équipe en raison de sa non-réactivité générale.

Grâce à une subvention du Département américain de l'énergie pour étudier de nouvelles réactions catalytiques, Hartwig et les étudiants diplômés Steven Hanna et Richard J. « RJ » Conk ont ​​eu l'idée de rompre deux liaisons carbone-hydrogène sur du polyéthylène avec un catalyseur — initialement, un catalyseur à l'iridium et, plus tard, avec des catalyseurs platine-étain et platine-zinc — pour créer une double liaison réactive carbone-carbone, qui servirait de talon d'Achille. Grâce à cette faille dans l'armure des liaisons carbone-hydrogène du polymère, ils pourraient alors démêler la chaîne du polymère par réaction avec l'éthylène et deux catalyseurs supplémentaires qui réagissent de manière coopérative.