Transformer les déchets plastiques en carburant : des scientifiques développent une technologie de conversion catalytique à température ambiante, résolvant ainsi le défi mondial du recyclage du plastique chloré.
En 2023, au cours de ses recherches postdoctorales à l'étranger, Zhang Wei a publié un premier-article dansSciencesur la transformation du plastique en carburant liquide. Deux ans plus tard, en 2025, maintenant chercheur à son alma mater East China Normal University, il a publié un autre article de premier-auteur (également en tant que co-auteur correspondant) dansScience. Cette fois, lui et ses collaborateurs chinois et étrangers ont réussi à convertir le plastique en essence-transformant-des déchets plastiques mélangés difficiles à-dégrader en essence-de haute qualité en une seule étape.
À 30 degrés, la technologie atteint un taux de conversion de 95 % pour les tuyaux en polychlorure de vinyle (PVC) souple et de 99 % pour les tuyaux en PVC dur et les fils en PVC. Cela permet de convertir les déchets plastiques toxiques en carburant via un processus à faible consommation d'énergie mené à température ambiante et à pression atmosphérique, réduisant ainsi la consommation d'énergie de plus de 70 %.
Johannes Lercher, co-auteur correspondant de l'article et membre de l'Académie nationale américaine d'ingénierie et de l'Académie européenne des sciences, a fait remarquer : "Cette technologie est comme trouver un 'ciseau chimique' pour les déchets plastiques, capable de couper les chaînes de polymères en molécules de la taille d'une essence-à température ambiante. Elle fournit un soutien crucial à l'économie circulaire mondiale. "
Par rapport aux méthodes traditionnelles de conversion du plastique en carburant, cette nouvelle approche nécessite moins d'énergie, moins d'appareils et d'étapes, et convient aux applications industrielles-à grande échelle. Les produits résultants comprennent des composants clés de l'essence, des matières premières chimiques et de l'acide chlorhydrique, qui peuvent être utilisés dans le traitement de l'eau, la transformation des métaux, les produits pharmaceutiques, la production alimentaire et l'industrie pétrolière.
En transformant en une seule étape différents types de déchets plastiques en produits de valeur, cette méthode soutient le développement d’une économie verte.
Dans l'étude, Zhang et son équipe ont mélangé des déchets plastiques avec des hydrocarbures isoalcanes légers-un sous-produit du raffinage du pétrole-pour produire de l'essence-des hydrocarbures, principalement des molécules de 6 à 12 atomes de carbone, les principaux composants de l'essence. L'acide chlorhydrique récupéré peut être neutralisé et réutilisé en toute sécurité comme matière première, remplaçant potentiellement plusieurs voies de production à haute -température et à forte intensité énergétique-actuellement utilisées dans le domaine.
Les polyoléfines représentent environ 50 % de la production mondiale de plastique, tandis que le PVC, un dérivé chloré, en représente 10 % supplémentaires. Le PVC est omniprésent-des conduites d'eau et des fenêtres de la maison aux sacs en cuir artificiel, en passant par les revêtements de sol, les cartes bancaires et l'isolation des fils.
Avec une teneur élevée en chlore (environ 57 % en poids), le PVC pose des problèmes environnementaux plus graves lorsqu'il est mis au rebut que d'autres polymères. Les méthodes traditionnelles comme l'incinération nécessitent une déchloration complète pour empêcher la libération de composés chlorés toxiques tels que les dioxines et les biphényles polychlorés.
En réponse, les agences de réglementation en Europe et aux États-Unis ont commencé à examiner les substances liées au PVC-en 2023, soulignant l'urgence de s'attaquer à l'impact environnemental du PVC.
En règle générale, les procédés de valorisation chimique qui décomposent le plastique en composants de haute-pureté nécessitent des étapes distinctes de déchloration-à haute température. La stratégie de Zhang transforme les déchets de PVC en hydrocarbures sans chlore-carburant-et en acide chlorhydrique en une seule étape.
Ce procédé permet la conversion catalytique complète des mélanges de PVC et de polyoléfines en une seule étape, améliorant considérablement l'efficacité des technologies de conversion précédemment signalées pour les polyoléfines seules.
Les chercheurs ont découvert que le PVC peut servir de source de carbocations, éliminant ainsi le besoin d’un initiateur externe et accélérant la vitesse de réaction globale. Par exemple, lorsque le rapport PVC/polyéthylène est de 1:1, le polymère mélangé peut être entièrement converti en 30 minutes, produisant environ 97 % d'isoalcanes liquides en poids.
Pour démontrer l'applicabilité du processus aux déchets du monde réel,-l'équipe a converti divers produits en PVC post-utilisés en alcanes à température ambiante et à pression atmosphérique. Les résultats ont montré que les déchets de PVC après-utilisation, y compris les tuyaux en PVC souple/dur et les fils en PVC, présentaient une réactivité similaire à 30 degrés.
Dans les applications pratiques, les déchets plastiques mélangés peuvent introduire divers additifs et impuretés dans la phase liquide ionique. Ceux-ci peuvent affecter les vitesses de réaction ou s'accumuler dans la couche de liquide ionique plus dense, mais la phase organique peut toujours générer des quantités importantes d'alcanes liquides sans chlore- et d'isobutane gazeux en deux heures.
Lorsque les déchets de PVC après-utilisation ont été mélangés à un matériau rigide de bouteille en polyéthylène haute densité-, une conversion solide proche-quantitative a été obtenue à 80 degrés, avec l'isobutane comme produit principal. Bien que la dismutation de l'isopentane soit inévitable en présence de carbocations, elle se produit principalement dans les premiers stades de la réaction.
Environ 40 à 66 % du produit est de l'isobutane gazeux, qui peut être recyclé avec l'isopentane n'ayant pas réagi en tant que composants d'alkylation, soulignant l'efficacité et la durabilité du processus.
Cette technologie répond au problème clé de la distribution des produits dans la conversion des déchets plastiques mélangés en carburant et reste insensible aux impuretés ou à l'hétérogénéité du mélange plastique.
Dans ce système réactionnel, le dichlorométhane dilue le liquide ionique, réduisant ainsi la viscosité et la résistance locale au transfert de masse. Il peut également être entièrement récupéré et réutilisé avec tous les produits légers par distillation.
Dans l'ensemble, ce travail propose un processus transformateur et évolutif en une seule étape-pour valoriser les déchets mixtes de PVC et de polyoléfine. En réduisant la consommation d'énergie, en réduisant les besoins en équipements et en éliminant les étapes intermédiaires, il améliore considérablement l'efficacité et la rentabilité tout en réduisant l'impact environnemental.
De plus, cette méthode en une -étape convertit divers déchets plastiques en produits-de grande valeur et de qualité améliorée, jetant ainsi les bases d'applications à l'échelle industrielle-.
Comme mentionné, Zhang Wei est le premier auteur de l'article, et Johannes Lercher, l'un des co-auteurs correspondants, était son conseiller postdoctoral aux États-Unis. Pendant son séjour à l'étranger, Zhang a dirigé des projets sur la dégradation des déchets plastiques financés par le ministère américain de l'Énergie et sur l'hydrogénation du CO2 pour la synthèse de carburants alcoolisés multi-carbonés parrainés par Chevron, apportant des solutions clés pour une utilisation efficace des ressources en carbone dans la catalyse industrielle.
Aujourd’hui à la tête de son groupe de recherche à l’East China Normal University, Zhang se concentre sur quatre domaines principaux :
Valorisation des ressources carbonées résiduelles (plastiques/biomasse) grâce à des technologies de couplage thermique, photonique, électrochimique et catalytique.
Craquage catalytique des hydrocarbures paraffiniques lourds et alkylation des alcanes légers pour innover dans la production d'essence standard.
Conversion catalytique des molécules C1 (CO2/CO) en vecteurs énergétiques à haute-densité.
Développer des réactions et des systèmes catalytiques utilisant l’eau comme source et milieu d’hydrogène.
Selon l'université, Zhang promouvra davantage l'industrialisation de la technologie catalytique verte à travers des collaborations pilotes avec des entreprises pétrochimiques. Il exploitera également l'intelligence artificielle pour développer des systèmes catalytiques plus efficaces, élucider les mécanismes de conversion du plastique au niveau atomique-et permettre l'innovation de bout en bout-à-, du laboratoire à l'industrie.