Transformation du plastique en carburant par catalyse

Le polyéthylène (PE) est un plastique largement utilisé dans des domaines très variés allant des sacs poubelle au papier bulle en passant par les prothèses de hanches. Les molécules de polyéthylène sont, comme leur nom l’indique, composées de plusieurs molécules d’éthylène (C2H4). Les chaînes du polyéthylène peuvent être linéaires ou ramifiées, leur degré de ramification jouant sur la rigidité, la densité, et la résistance du matériau. De manière générale, le polyéthylène produit est chimiquement inerte et résistant à la décomposition. Il représente environ 60 % des plastiques que l’on trouve dans les décharges où il se décompose très lentement, si toutefois la décomposition a lieu.

Le professeur Zhibin GUAN, chimiste à la University of California et ses collègues ainsi qu’une équipe de la Chinese Academy of Sciences (CAS) à Shanghai menée par le professeur HANG Zheng, ont utilisé un duo de catalyseurs pour transformer le polyéthylène en carburant et autres composants chimiques valorisables. Ils se sont servi de deux catalyseurs habituellement employés pour la synthèse de longues chaînes hydrocarbures, comme celles que l’on trouve dans le carburant diesel, à partir de chaînes courtes (alcanes). Ces composants sont constitués uniquement de carbone et d’hydrogène. Le premier catalyseur rompt les liaisons entre les atomes d’hydrogène et de carbone. Les électrons libérés par cette réaction permettent aux atomes de carbone de former des liaisons doubles entre eux. La présence de ces liaisons doubles crée une faiblesse dans les liaisons des chaînes d’alcanes, ce qui permet au deuxième catalyseur de séparer ces chaînes. Les nouveaux alcanes, plus courts, réagissent entre eux. Le résultat obtenu est un mélange d’alcanes très courts et d’autres de longueur moyenne (entre 10 et 12 atomes de carbone), ingrédients idéals pour le carburant diesel.

Les professeurs GUAN et HUANG ont tenté de voir si ces catalyseurs pouvaient jouer le même rôle pour, à l’inverse, casser les molécules de polyéthylène composées de chaînes très longues pouvant contenir jusqu’à plusieurs millions d’atomes de carbone. Pour cela, ils ont mélangé des déchets en polyéthylène (des sacs poubelle) avec des alcanes courts sous forme liquide, puis y ont ajouté les deux catalyseurs. De même, le premier catalyseur a séparé les atomes d’hydrogène des atomes de carbone, aussi bien sur les chaînes de polyéthylène que sur les alcanes courts. Le réarrangement avec les liaisons doubles se produit puis le deuxième catalyseur entre en jeu. Les actions successives des catalyseurs continuent jusqu’à atteindre des chaînes hydrocarbures de celles que l’on trouve dans les carburants. Ces résultats ont été publiés dans la revue Science Advances le 17 juin 2016.

Ce procédé très innovant nécessite encore des développements pour pouvoir être commercialement viable. Premièrement parce que la décomposition du polyéthylène par les catalyseurs prend du temps (un jour, voire plus). De plus, ces catalyseurs sont chers et deviennent inefficaces après avoir agi sur quelques milliers de chaînes polymères, loin derrière les performances des catalyseurs commerciaux dont les performances sont de plusieurs millions de chaînes.

En savoir plus

http://advances.sciencemag.org/content/2/6/e1501591.full

Sources

http://www.sciencemag.org/news/2016/06/catalysts-could-turn-trash-bags-fuel

Rédacteur

Yvonne TRAN : yvonne.tran[a]diplomatie.gouv.fr