Transformer les déchets plastiques en carburant
Ces travaux ouvrent la voie à un recyclage du plastique efficace sur le plan énergétique, réduisant la pollution plastique et favorisant la production de carburant durable
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Les Plastiques sont appréciés pour leur durabilité, mais cette qualité les rend également difficiles à décomposer. De minuscules débris, appelés microplastiques, persistent dans le sol, l'eau et l'air et menacent les écosystèmes et la santé humaine. Le recyclage traditionnel consiste à retraiter les plastiques pour fabriquer de nouveaux produits, mais à chaque fois, la qualité du matériau diminue en raison de la contamination et de la dégradation des polymères contenus dans les plastiques. En outre, le recyclage ne peut à lui seul faire face à l'augmentation du volume des déchets plastiques dans le monde.
Ali Kamali, candidat au doctorat en ingénierie chimique et biomoléculaire à l'université du Delaware, inspecte un échantillon de carburant liquide créé à partir de plastiques. Il fait partie d'une équipe de recherche dirigée par l'UD qui a mis au point un nouveau type de catalyseur qui améliore la conversion des déchets plastiques en carburants liquides plus rapidement et avec moins de sous-produits indésirables que les méthodes actuelles.
Kathy F. Atkinson/ University of Delaware
Aujourd'hui, une équipe de recherche dirigée par l'université du Delaware a mis au point un nouveau type de catalyseur qui améliore la conversion des déchets plastiques en combustibles liquides plus rapidement et avec moins de sous-produits indésirables que les méthodes actuelles. Présentés en couverture du numéro du 18 septembre de Chem Catalysis, ces travaux pilotes ouvrent la voie à des méthodes efficaces sur le plan énergétique pour le recyclage des plastiques, la réduction de la pollution plastique et la promotion de la production de carburants durables.
"Au lieu de laisser les plastiques s'accumuler comme des déchets, le recyclage les traite comme des combustibles solides qui peuvent être transformés en combustibles liquides et en produits chimiques utiles, offrant ainsi une solution plus rapide, plus efficace et plus respectueuse de l'environnement", a déclaré l'auteur principal, Dongxia Liu, titulaire de la chaire Robert K. Grasseli d'ingénierie chimique et biomoléculaire à la faculté d'ingénierie de l'université de Düsseldorf.
L'hydrogénolyse, qui utilise de l'hydrogène gazeux et un catalyseur pour convertir les polymères des plastiques en carburants liquides pour les transports et l'industrie, est une méthode de recyclage prometteuse. Cependant, les catalyseurs conventionnels ont une efficacité limitée car les molécules de polymère volumineuses ont du mal à interagir avec les sites actifs du catalyseur où la réaction a lieu. Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont transformé les MXènes (prononcez max-eens), un type de nanomatériau, en MXènes mésoporeux, une forme avec des pores plus larges et plus ouverts qui n'avait pas été utilisée auparavant pour le recyclage des plastiques.
"Les MXènes forment des couches bidimensionnelles, comme les pages d'un livre. Ces couches empilées dans le livre fermé rendent difficile le passage du plastique fondu, ce qui limite le contact avec le catalyseur", explique le premier auteur, Ali Kamali, candidat au doctorat dans le département d'ingénierie chimique et biomoléculaire. "Pour améliorer la conception, nous avons inséré des piliers de silice afin d'ouvrir l'espace entre les couches de MXène, ce qui permet aux polymères et aux composés intermédiaires qui se forment au cours de la réaction de circuler plus facilement."
Les chercheurs ont testé leur catalyseur mésoporeux au ruthénium soutenu par le MXène avec du polyéthylène basse densité (LDPE), un plastique souvent utilisé dans les sacs à provisions et les films plastiques. Dans un petit réacteur pressurisé, l'équipe a combiné le PEBD avec le catalyseur et de l'hydrogène gazeux, puis a chauffé le mélange, faisant fondre le plastique en un sirop épais.
Leur catalyseur a permis d'atteindre des vitesses de réaction près de deux fois supérieures à celles précédemment rapportées pour l'hydrogénolyse du LDPE. Le catalyseur a également fait preuve d'une grande sélectivité, permettant une production ciblée de carburants liquides tout en minimisant les sous-produits indésirables tels que le méthane, un gaz à effet de serre. Les chercheurs attribuent cette sélectivité à la stabilisation des nanoparticules de ruthénium dans l'espace mésoporeux entre les couches de MXène.
"Nous avons pu produire un matériau qui non seulement accélère la conversion mais améliore également la qualité des produits combustibles. Cette avancée met en évidence le potentiel des catalyseurs mésoporeux nanostructurés pour améliorer le recyclage des plastiques", a déclaré M. Liu.
À l'avenir, l'équipe de recherche prévoit d'affiner encore le catalyseur et de développer une bibliothèque plus large de catalyseurs à base de MXène pour une utilisation avec différents types de plastiques. Enfin, elle espère collaborer avec des partenaires industriels pour transformer les déchets plastiques d'un problème en une ressource, en les convertissant en carburants et en produits chimiques qui non seulement aideront l'environnement mais apporteront également une valeur économique aux communautés locales.
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.
Publication originale
Ali Kamali, Joshua M. Little, Song Luo, Amy Chen, Akash Warty, Antara Bhowmick, Jorge Moncada, Evan P. Jahrman, Brandon C. Vance, Jong K. Keum, Taylor J. Woehl, Po-Yen Chen, Dionisios G. Vlachos, Dongxia Liu; "Plastic-waste hydrogenolysis over two-dimensional MXene-supported ruthenium catalysts with tunable interlayer spacing"; Chem Catalysis, Volume 5
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