Une nouvelle méthode rend le recyclage du verre acrylique économiquement viable
La rédaction ·
Bref
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont mis au point une nouvelle méthode écoénergétique et rentable pour décomposer le verre acrylique en ses éléments constitutifs.
Le matériau récupéré est extrêmement pur et peut être utilisé pour fabriquer des produits de haute qualité.
Cette méthode pourrait présenter un intérêt immédiat pour l'industrie, car elle peut être mise en œuvre en utilisant les infrastructures et les processus existants.
Le verre acrylique est utilisé en grandes quantités dans le monde entier pour de nombreuses applications, des vitres et feux arrière de voiture au mobilier. Ce polymère est également connu sous la marque Plexiglas. Trop souvent, le verre acrylique finit encore à la poubelle, alors qu'il est parfaitement recyclable.
Athina Anastasaki, professeure à l'ETH Zurich et spécialiste des matériaux, travaille depuis des années sur des méthodes permettant de décomposer efficacement le verre acrylique en ses éléments constitutifs en vue de leur réutilisation. Lors d'études précédentes, son équipe a démontré que ce processus, appelé dépolymérisation, était possible en principe, mais uniquement dans des conditions spécifiques. Par exemple, les chercheurs de l'ETH Zurich devaient auparavant modifier chimiquement les chaînes polymères pour y introduire des « liaisons faibles ». D'autres approches nécessitaient de grandes quantités de solvants ou de catalyseurs, ou encore de la lumière UV, pour initier ou maintenir la dépolymérisation.
Cette nouvelle approche permet d'économiser de l'énergie et de l'argent.
La professeure de l'ETH et son équipe ont mis au point une nouvelle méthode, beaucoup plus simple, pour recycler les polymères de verre acrylique. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Chimie naturelle.
Grâce à cette nouvelle méthode, les chercheurs parviennent à décomposer le polymère presque entièrement en ses constituants de base, appelés monomères. Le rendement en monomères peut atteindre 98 %. Le matériau récupéré est également d'une pureté exceptionnelle, même lorsque le matériau de départ contient des colorants ou des impuretés. Ces monomères peuvent être utilisés pour produire de nouveaux polymères d'une qualité identique à celle des polymères obtenus lors du traitement initial.
Ce procédé est également beaucoup moins énergivore que les autres méthodes. La dépolymérisation débute à un peu plus de 200 degrés Celsius, contre un minimum de 400 degrés auparavant. De plus, il ne requiert aucun solvant. « Ce qui rend notre nouvelle approche si prometteuse, c’est sa simplicité », explique Richard Whitfield, auteur principal de l’étude et ancien collaborateur de recherche au sein du groupe d’Anastasaki.
Une seule substance suffit.
Au cœur de cette nouvelle méthode se trouve un composé chimique unique appartenant à la famille des N-hydroxyimides. Ce réactif, disponible dans le commerce et peu coûteux, attaque les chaînes polymères du verre acrylique, les brisant et libérant ainsi les monomères. Une fois le réactif ajouté, la réaction se déroule spontanément.
Le choix du réactif n'était pas fortuit. « Nous avons cherché systématiquement jusqu'à trouver cette substance. » Ce réactif unique suffit à déclencher la dépolymérisation. « Ce qui nous a surpris, c'est qu'un seul composé chimique suffise à déclencher la réaction », explique Anastasaki.
Dans leurs recherches pour trouver un réactif approprié, son équipe a collaboré avec les professeurs de chimie de l'ETH Zurich, Tae-Lim Choi et Gunnar Jeschke. « Sans l'excellente collaboration de ces deux collègues, de nombreuses questions seraient restées sans réponse », souligne Anastasaki.
Brevet déposé, recherche de licenciés
D'autres méthodes de recyclage chimique des plastiques reposent sur un procédé appelé pyrolyse, qui consiste à décomposer les polymères plastiques en leurs constituants élémentaires à haute température, généralement supérieure à 400 degrés Celsius. De plus, les monomères récupérés sont souvent relativement impurs, avec des taux d'impuretés pouvant atteindre 3 %. Cela peut nuire à la qualité du plastique produit à partir de ces monomères.
L’ETH Zurich a déposé une demande de brevet pour cette nouvelle méthode et recherche actuellement des partenaires de licence. « La concurrence est féroce dans le recyclage chimique des plastiques », explique Anastasaki, « notamment aux États-Unis, où d’importants groupes de recherche, bénéficiant de financements considérables, travaillent dans ce domaine. » Toutefois, grâce au solide financement de base fourni par l’ETH Zurich, Anastasaki peut rivaliser avec ces groupes et, cette fois-ci, elle a même une longueur d’avance sur ses concurrents américains.
L'industrie pourrait adopter la méthode immédiatement
L'industrie chimique s'est montrée intéressée par cette nouvelle méthode. Un de ses principaux avantages réside dans sa compatibilité avec les infrastructures et les procédés standard existants. « Nos approches précédentes présentaient l'inconvénient d'obliger les entreprises à modifier leurs procédés et leurs équipements. Pour la plupart d'entre elles, cela s'avérait trop coûteux », explique Anastasaki.
Ses prochaines étapes consisteront à intensifier la méthode et à approfondir sa compréhension des mécanismes réactionnels. Forts de ces connaissances, les chercheurs de l'ETH Zurich ambitionnent de développer des substances capables d'accélérer la dégradation des polymères et d'améliorer le rendement en monomères.
Il y a toutefois un petit hic : la méthode ne fonctionne qu’avec le verre acrylique. D’autres approches sont nécessaires pour décomposer les autres plastiques en leurs constituants. Néanmoins, le spécialiste des matériaux reste optimiste : « Nous allons essayer d’appliquer le même principe au polystyrène, l’un des plastiques les plus utilisés au monde », déclare Anastasaki.
Source : ethz.ch