Une façon inattendue de recycler : les déchets plastiques se transforment en savon

Jul 13, 2023

Guoliang « Greg » Liu du Département de chimie a découvert une nouvelle méthode de recyclage des plastiques – des briques de lait, des contenants alimentaires et des sacs en plastique – en savon. La méthode : Chauffer les longues chaînes carbonées des plastiques puis les refroidir rapidement.

10 août 2023

Une équipe dirigée par des chercheurs de Virginia Tech a développé une nouvelle méthode pour recycler les plastiques en produits chimiques de grande valeur appelés tensioactifs, qui sont utilisés pour créer du savon, des détergents et bien plus encore.

Les plastiques et les savons ont tendance à avoir peu de points communs en ce qui concerne la texture, l’apparence et, surtout, la manière dont ils sont utilisés. Mais il existe un lien surprenant entre les deux au niveau moléculaire : la structure chimique du polyéthylène – l’un des plastiques les plus couramment utilisés dans le monde aujourd’hui – est étonnamment similaire à celle d’un acide gras, utilisé comme précurseur chimique pour savon. Les deux matériaux sont constitués de longues chaînes carbonées, mais les acides gras possèdent un groupe supplémentaire d’atomes à l’extrémité de la chaîne.

Guoliang « Greg » Liu, professeur agrégé de chimie au Virginia Tech College of Science, pensait depuis longtemps que cette similitude impliquait qu'il devrait être possible de convertir le polyéthylène en acides gras – et avec quelques étapes supplémentaires dans le processus – pour produire du savon. Le défi était de savoir comment diviser une longue chaîne en polyéthylène en plusieurs chaînes courtes – mais pas trop courtes – et comment le faire efficacement. Liu pensait qu'il existait un potentiel pour une nouvelle méthode de recyclage qui pourrait transformer les déchets plastiques de faible valeur en un produit utile et de grande valeur.

Après avoir réfléchi à la question pendant un certain temps, Liu a été frappé par l'inspiration alors qu'il profitait d'une soirée d'hiver au coin du feu. Il a regardé la fumée s'élever du feu et a réfléchi à la façon dont la fumée était composée de minuscules particules produites lors de la combustion du bois. Bien que les plastiques ne devraient jamais être brûlés dans une cheminée pour des raisons de sécurité et d'environnement, Liu a commencé à se demander ce qui se passerait si le polyéthylène pouvait être brûlé dans un laboratoire sûr. La combustion incomplète du polyéthylène produirait-elle de la « fumée », tout comme la combustion du bois ? Si quelqu’un captait cette fumée, de quoi serait-elle composée ?

« Le bois de chauffage est principalement composé de polymères comme la cellulose. La combustion du bois de chauffage brise ces polymères en chaînes courtes, puis en petites molécules gazeuses avant leur oxydation complète en dioxyde de carbone », a déclaré Liu, titulaire de la bourse Blackwood Junior Academic Fellowship of Life Sciences au Département de chimie. "Si nous décomposons de la même manière les molécules de polyéthylène synthétique mais arrêtons le processus avant qu'elles ne se décomposent en petites molécules gazeuses, nous devrions alors obtenir des molécules à chaîne courte, semblables au polyéthylène."

Avec l'aide de Zhen Xu et Eric Munyaneza, deux doctorants. Étudiants en chimie dans le laboratoire de Liu, Liu a construit un petit réacteur semblable à un four où ils pouvaient chauffer du polyéthylène selon un processus appelé thermolyse par gradient de température. En bas, le four est à une température suffisamment élevée pour briser les chaînes polymères, et en haut, le four est refroidi à une température suffisamment basse pour arrêter toute dégradation ultérieure. Après la thermolyse, ils ont rassemblé les résidus – un peu comme on nettoie la suie d'une cheminée – et ont découvert que l'intuition de Liu était juste : il était composé de « polyéthylène à chaîne courte », ou plus précisément de cires.

Il s'agit de la première étape du développement d'une méthode de recyclage des plastiques en savon, a déclaré Liu. Après avoir ajouté quelques étapes supplémentaires, notamment la saponification, l'équipe a fabriqué le premier savon au monde à partir de plastique. Pour poursuivre le processus, l’équipe a fait appel à des experts en modélisation informatique, en analyse économique, etc.

Certains de ces experts ont été présentés à l’équipe grâce à des liens avec le Macromolecules Innovation Institute de Virginia Tech. Ensemble, le groupe a documenté et affiné le processus de recyclage jusqu'à ce qu'il soit prêt à être partagé avec la communauté scientifique. Les travaux ont été publiés aujourd'hui dans la revue populaire Science.

« Notre recherche démontre une nouvelle voie de recyclage du plastique sans utiliser de nouveaux catalyseurs ni de procédures complexes. Dans ce travail, nous avons montré le potentiel d’une stratégie tandem pour le recyclage du plastique », a déclaré Xu, auteur principal de l’article. "Cela incitera les gens à développer des conceptions plus créatives de procédures de recyclage à l'avenir."