Des chercheurs transforment l'acide de batterie de voiture récupéré et les déchets plastiques en hydrogène propre.
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Des chercheurs ont mis au point un réacteur solaire capable de décomposer des formes de déchets plastiques difficiles à recycler – comme les bouteilles de boissons, les textiles en nylon et les mousses de polyuréthane – en utilisant de l'acide récupéré de vieilles batteries de voiture, et de le convertir en hydrogène propre et en produits chimiques industriels précieux.
Le réacteur, mis au point par des chercheurs de l'Université de Cambridge, fonctionne à l'énergie solaire et pourrait constituer une alternative plus économique et plus durable aux méthodes de recyclage chimiques actuelles. L'équipe affirme que sa méthode pourrait créer un système circulaire où un flux de déchets en traite un autre. Leurs résultats sont publiés dans la revue Joule .
La production mondiale de plastique dépasse les 400 millions de tonnes par an, mais seulement 18 % est recyclée. Le reste est incinéré, enfoui ou pollue les écosystèmes. Les chercheurs affirment que leur méthode, appelée photoréformation acide à l'énergie solaire, pourrait contribuer à résoudre le problème des déchets plastiques à l'échelle mondiale.
Les chercheurs ont mis au point un photocatalyseur suffisamment robuste pour résister aux effets hautement corrosifs de l'acide, tout en utilisant de manière productive l'acide contenu dans les batteries de voiture usagées, qui est normalement neutralisé et jeté.
« La découverte était presque fortuite », a déclaré le professeur Erwin Reisner du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, qui a dirigé les recherches. « Nous pensions auparavant que l'acide était totalement proscrit dans ces systèmes solaires, car il dissolvait tout. Mais notre catalyseur, lui, ne l'était pas – et soudain, un tout nouveau monde de réactions s'est ouvert à nous. »
« On utilise depuis longtemps les acides pour décomposer les plastiques, mais nous n’avions jamais disposé d’un photocatalyseur bon marché et adaptable à grande échelle capable d’y résister », explique Kay Kwarteng, doctorante au sein du groupe de recherche de Reisner et auteure principale de l’étude, qui a mis au point le photocatalyseur. « Une fois ce problème résolu, les avantages de ce type de système sont devenus évidents. »
La méthode mise au point par Kwarteng, Reisner et leurs collègues traite d'abord les déchets plastiques avec l'acide usé des batteries de voiture, brisant les longues chaînes polymères en éléments constitutifs chimiques tels que l'éthylène glycol, que le photocatalyseur convertit ensuite en hydrogène et en acide acétique (le principal ingrédient du vinaigre) lorsqu'il est exposé à la lumière du soleil.
Lors d'essais en laboratoire, le réacteur a généré des rendements élevés en hydrogène et produit de l'acide acétique avec une sélectivité élevée. Il a également fonctionné pendant plus de 260 heures sans aucune perte de performance.
Cette approche fonctionne pour de nombreux types de déchets plastiques, même ceux actuellement difficiles à recycler, comme le nylon et le polyuréthane. Elle représente une véritable avancée par rapport aux technologies de surcyclage actuelles qui ne prennent pas en compte les plastiques autres que le PET.
Cette méthode fonctionne non seulement avec de l'acide neuf de qualité laboratoire, mais aussi avec l'acide récupéré des batteries de voiture. Ces batteries contiennent entre 20 et 40 % d'acide en volume et sont remplacées en très grand nombre chaque année dans le monde entier. Le plomb qu'elles contiennent est généralement extrait pour être revendu, mais l'acide génère des déchets supplémentaires une fois neutralisé.
« C’est une ressource inexploitée », a déclaré Kwarteng. « Si nous pouvons récupérer l’acide avant sa neutralisation, nous pouvons le réutiliser pour décomposer les plastiques : c’est une solution gagnant-gagnant, car nous évitons le coût environnemental de la neutralisation de l’acide tout en l’utilisant pour produire de l’hydrogène propre. »
Les chercheurs affirment que leur méthode offre une réduction potentielle des coûts d'un ordre de grandeur par rapport à d'autres approches de photoréformage, principalement parce que l'acide permet d'augmenter les taux de production d'hydrogène et peut être réutilisé plutôt que consommé ou gaspillé.
Kwarteng affirme que malgré les défis qui subsistent – comme garantir la résistance des réacteurs aux conditions corrosives –, les principes chimiques fondamentaux sont solides. « Ces acides sont déjà manipulés en toute sécurité dans l'industrie », a-t-il déclaré. « La question est maintenant d'ordre technique : comment construire des réacteurs capables de fonctionner en continu et de traiter des déchets réels ? »
Les chercheurs affirment que leur approche ne remplacera pas le recyclage conventionnel, mais qu'elle pourrait le compléter en traitant les plastiques contaminés ou mélangés qui n'ont actuellement aucune voie viable de réutilisation.
« Nous ne prétendons pas résoudre le problème mondial de la pollution plastique », a déclaré Reisner. « Mais cela montre comment les déchets peuvent devenir une ressource. Le fait de pouvoir valoriser les déchets plastiques grâce à l'énergie solaire et à l'acide de batterie usagé rend ce procédé très prometteur. »