Réorganisation de la chaîne de recyclage des matières plastiques
Les déchets d'aujourd'hui, les ressources précieuses de demain
De nos jours, la majorité des articles de consommation courante sont fabriqués à partir de plastique à base de pétrole. Rien qu'en Allemagne, quelque six millions de tonnes de déchets Plastiques sont produits chaque année. Environ la moitié de ces déchets est recyclée mécaniquement en nouveaux matériaux ; le reste est utilisé pour la récupération d'énergie. L'incinération de ces déchets libère du CO2, un gaz à effet de serre. Du point de vue de la protection du climat et de l'environnement, il est donc important de maintenir davantage de matières plastiques dans le cycle des matériaux. Dans le cadre du projet phare Waste4Future, huit instituts Fraunhofer développent de nouvelles idées et de nouveaux processus pour améliorer de manière significative le taux de recyclage mécanique des matières plastiques.
De nombreux articles de la vie quotidienne seraient inimaginables sans les plastiques tels que le polyéthylène, le polypropylène ou le polystyrène, tous fabriqués à partir de matières premières d'origine fossile. Le problème est que le taux de recyclage mécanique des matières plastiques est encore trop faible en Allemagne. Actuellement, on incinère plus de déchets plastiques qu'on n'en recycle mécaniquement pour en faire de nouveaux matériaux. Bien que l'incinération des déchets permette d'exploiter leur potentiel énergétique, des matériaux précieux sont perdus à jamais. Dans une véritable économie circulaire, les déchets ne seraient pas incinérés, mais réutilisés et recyclés mécaniquement ou chimiquement - ou évités dès le départ. Cela permet non seulement de réduire la demande en ressources fossiles, mais aussi la pollution de l'environnement due aux émissions de carbone. De plus, le carbone contenu dans le plastique serait préservé en tant que ressource importante pour l'industrie chimique. Huit instituts et unités de recherche de la Fraunhofer-Gesellschaft mettent en commun leur expertise dans le cadre du projet phare Waste4Future afin de développer de nouvelles solutions pour relever ce défi, depuis les matières premières jusqu'à la fin du cycle de vie d'un produit, en passant par les flux de matériaux et l'ingénierie des processus. L'institut de recherche Fraunhofer pour le recyclage des matériaux et les stratégies de ressources IWKS coordonne le projet.
"Les plastiques sont fabriqués à partir d'hydrocarbures. À la fin de leur durée de vie, ils sont éliminés et triés. Les plastiques de mauvaise qualité, trop contaminés, sont incinérés, tandis que les plastiques de bonne qualité sont triés en fonction de leur couleur et vendus en tant que matériaux recyclés. Mais le recyclage de ces matériaux précieux en fonction de leur type est compliqué", explique le Dr Gert Homm, responsable de l'un des sous-projets et chercheur au Fraunhofer IWKS d'Alzenau. "De nombreux emballages ne sont même pas considérés comme recyclables par les centres de tri et finissent dans l'usine d'incinération en tant que déchets résiduels. De nombreux capteurs actuels ne reconnaissent pas le plastique noir, et même les cartons de yaourt avec un couvercle en aluminium se retrouvent par erreur avec l'aluminium, puis dans les déchets résiduels."
Les déchets d'aujourd'hui, les ressources précieuses de demain
Le projet Waste4Future développe donc un ensemble de capteurs pour les installations de tri qui peuvent, entre autres, détecter les particules noires des déchets. Une combinaison intelligente de différents capteurs de la suite de capteurs, y compris des capteurs infrarouges et térahertz, est capable de déterminer à la fois les paramètres pour trier le matériau aussi pur que possible et l'état de dégradation de l'échantillon. L'âge de l'échantillon est important lorsqu'il s'agit de déterminer si et comment il peut être recyclé mécaniquement. Lorsqu'un produit est trop endommagé, il ne peut plus être recyclé mécaniquement, mais uniquement chimiquement. Les deux propriétés peuvent être identifiées à l'aide de l'ensemble de capteurs. Elle détecte et recoupe diverses propriétés physiques des plastiques (optiques, thermiques, etc.) à l'aide d'une technologie de capteurs dont certains ont été développés en interne. Les données recueillies sont recoupées et évaluées à l'aide de techniques d'apprentissage automatique. L'ensemble des capteurs permettant d'identifier les déchets est installé au-dessus du tapis roulant d'un centre de tri. Des buses d'air comprimé trient ensuite les matériaux cibles recherchés ou les contaminants indésirables. Le plastique chloré, tel que le polychlorure de vinyle (PVC), peut constituer un problème dans le cadre du recyclage chimique. La teneur en chlore peut entraîner une corrosion importante des systèmes nécessaires, en particulier dans le cas du recyclage chimique. En général, plus le plastique est pur, plus la qualité du matériau recyclé est élevée.
Lorsque le plastique est détecté par le capteur, d'énormes quantités de données sont générées. "Les jumeaux numériques permettent de réduire la masse de données à des données essentielles et de les transmettre à un modèle d'évaluation que nous développons dans le cadre du projet, transformant ainsi la chaîne de recyclage autrefois basée sur les processus en une chaîne basée sur les matériaux", explique le chercheur. Des facteurs tels que la consommation d'énergie et l'empreinte carbone sont pris en compte dans le processus. La combinaison d'une technologie de tri innovante, de jumeaux numériques, de l'apprentissage automatique et d'un modèle d'évaluation permet de déterminer de manière dynamique, pour une quantité spécifique de déchets, la filière de recyclage la plus judicieuse d'un point de vue technique, écologique et financier. Le modèle d'évaluation calcule l'impact sur l'environnement et fournit des informations sur des questions telles que la quantité d'énergie nécessaire pour produire une tonne de nouveau plastique. Cette consommation d'énergie est comparée à l'énergie nécessaire à la récupération d'énergie. Le modèle d'évaluation analyse les différentes options de recyclage des plastiques pour permettre une véritable comparaison.
Les participants au projet étudient les procédés de recyclage mécaniques (extrusion à l'état fondu, purification et fractionnement à base de solvants) et chimiques (solvolyse, pyrolyse, gazéification) potentiels et les testent pour déterminer s'ils conviennent à différentes compositions de déchets plastiques. À la fin du projet, en décembre 2024, il sera possible de comparer des composants fabriqués à partir de vieux plastiques avec des matériaux neufs.
L'économie circulaire plutôt que la récupération d'énergie
"Une société durable avec des processus neutres sur le plan climatique exige des ajustements significatifs des chaînes de valeur, qui ne peuvent être réalisés que par l'innovation. Dans le cadre de ce projet, nous étudions la meilleure voie de recyclage possible ainsi que le processus de tri optimal, en tenant compte des aspects financiers et écologiques, contribuant ainsi à une réduction significative des émissions de carbone par rapport à la valorisation énergétique et permettant un haut degré de recyclage des déchets contenant du carbone", explique le physicien.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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