Des scientifiques combinent chimie et biologie pour recycler des plastiques mélangés

Nov 30, 2023

Un processus chimique et biologique en tandem qui s'inspire d'études vieilles de plusieurs décennies sur l'oxydation chimique peut être utilisé pour décomposer une variété de types de plastique. | Mise sous tension/Shutterstock

Les chercheurs ont mis au point un moyen de transformer les plastiques polymères mélangés en un seul produit chimique, ce qui pourrait potentiellement éliminer le besoin de trier le plastique par type avant le recyclage.

« La combinaison de procédés chimiques et biologiques est une nouvelle stratégie prometteuse pour la valorisation des déchets plastiques mixtes », indique un communiqué de presse du NREL.

Le projet provient du consortium Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out Landfills and the Environment (BOTTLE) et du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l'énergie.

Gregg Beckham, chercheur principal au NREL et directeur de BOTTLE, a déclaré dans le communiqué de presse que la recherche est "un point d'entrée potentiel dans le traitement des plastiques qui ne peuvent pas du tout être recyclés aujourd'hui".

La procédure est un processus chimique et biologique en tandem qui s'appuie sur des études vieilles de plusieurs décennies sur l'oxydation chimique, qui peuvent être utilisées pour décomposer une variété de types de plastique. L'étude l'a testé sur le PET, le PS et le HDPE, mais les chercheurs ont déclaré qu'il pourrait également fonctionner pour le PP et le PVC. L'équipe prévoit de poursuivre l'étude de ces matériaux.

La recherche a été publiée dans la revue Science, avec Beckham comme auteur principal. Les co-auteurs étaient des chercheurs du NREL et des membres de l'équipe BOTTLE du Massachusetts Institute of Technology, du Laboratoire national d'Oak Ridge et de l'Université du Wisconsin-Madison.

Kevin Sullivan, chercheur postdoctoral au NREL et co-auteur de l'article, a déclaré que le processus utilise de l'oxygène et des catalyseurs pour décomposer les grosses molécules de polymère.

"Le processus de catalyse chimique que nous avons utilisé n'est qu'un moyen d'accélérer ce processus qui se produit naturellement, donc au lieu de se dégrader sur plusieurs centaines d'années, vous pouvez décomposer ces plastiques en heures ou en minutes", a déclaré Sullivan.

L'oxydation transforme le PS, le PET et le HDPE en un "mélange complexe de composés chimiques - y compris l'acide benzoïque, l'acide téréphtalique et les acides dicarboxyliques - qui nécessiteraient des séparations avancées et coûteuses pour donner des produits purs", indique le communiqué de presse, mais l'équipe BOTTLE a utilisé la biologie pour prendre un raccourci.

Les chercheurs ont conçu un microbe du sol, appelé Pseudomonas putida, pour « canaliser » le mélange d'intermédiaires soit en polyhydroxyalcanoates (PHA), une forme de bioplastique biodégradable, soit en bêta-cétoadipate, qui peut être utilisé pour fabriquer des matériaux en nylon.

Allison Werner, autre co-auteur de l'étude, a déclaré que l'entonnoir biologique consiste à concevoir le réseau métabolique de microbes "pour diriger le carbone d'un grand nombre de substrats vers un seul produit".

"Pour ce faire, nous prenons de l'ADN de la nature - généralement d'autres microbes - et le collons dans le génome de Pseudomonas putida", a déclaré Werner. "L'ADN est transcrit en ARN, qui à son tour est traduit en protéines qui effectuent diverses transformations biochimiques, formant un nouveau réseau métabolique et nous permettant finalement de capturer plus de carbone et de régler où il va."

Auparavant, les scientifiques utilisaient le même microbe pour valoriser des mélanges chimiques issus de parois cellulaires végétales. Beckham a souligné que les bactéries modifiées ne dégradent pas directement les plastiques.

"Si vous prenez les bactéries que nous utilisons actuellement et que vous les combinez avec du polyéthylène, les bactéries mourront et le plastique restera là", a déclaré Beckham, c'est pourquoi le processus d'oxydation est nécessaire.

L'équipe BOTTLE prévoit de mener d'autres recherches pour comprendre et quantifier tous les additifs et colorants dans les plastiques, et une prochaine mission NREL vers la Station spatiale internationale testera si la microgravité améliore le processus.

L'étude a été financée par l'Advanced Manufacturing Office et le Bioenergy Technologies Office du Département américain de l'énergie.