Le processus chimique nouvellement développé par l’équipe peut recycler les polyesters en amides de morpholine en utilisant le solvant morpholine et une petite quantité de catalyseur à base de titane. Crédit : Université métropolitaine de Tokyo
Transformer les déchets plastiques en éléments de base polyvalents pour la chimie organique.
Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont développé un nouveau procédé chimique qui transforme les polyesters, y compris le PET contenu dans les bouteilles en plastique, en morpholine amide, un élément de base polyvalent et précieux pour la synthèse d’une vaste gamme de composés. La réaction est à haut rendement, sans déchets, ne nécessite pas de produits chimiques nocifs et est facilement évolutive. L’équipe a réussi à briser la boucle fermée, souvent coûteuse, du recyclage des déchets plastiques, permettant ainsi leur valorisation en produits de plus grande valeur.
Recyclage traditionnel vs Upcycling
Le recyclage joue un rôle indispensable dans notre lutte contre les déchets plastiques. Mais à quel prix ? Le recyclage des polyesters, par exemple, y compris le polyéthylène téréphtalate (PET) dans les bouteilles en plastique, nécessite souvent de l’énergie pour obtenir les réactions chimiques requises suffisamment chaudes, ou des conditions fortement alcalines qui génèrent des déchets chimiques. Au final, nous obtenons des composés intermédiaires qui sont utilisés pour fabriquer les mêmes produits dont ils sont issus. Non seulement cela peut être un gaspillage, mais cela peut aussi être économiquement non viable.
C’est là qu’intervient le « up-cycling ». Les scientifiques s’efforcent de briser cette boucle fermée et de créer des composés à partir de déchets plastiques qui sont plus précieux et plus utiles pour la société. Un système « en boucle ouverte » comme celui-ci constitue un élément essentiel des stratégies pratiques visant à nous aider à passer à une société plus verte.
Percée dans la conversion chimique
Aujourd’hui, une équipe dirigée par le professeur agrégé Yohei Ogiwara et le professeur Kotohiro Nomura de l’Université métropolitaine de Tokyo a mis au point une méthode pratiquement sans déchets pour convertir les polyesters en un élément de base polyvalent pouvant être converti en une large gamme de composés chimiques précieux. Ils ont utilisé un solvant bon marché appelé morpholine et une petite quantité d’un catalyseur à base de titane pour transformer les polyesters en amides de morpholine. Non seulement ils peuvent être convertis en composés intermédiaires pour produire davantage de polyester (recyclage), mais ils peuvent également réagir facilement pour produire des cétones, des aldéhydes et des amines, toutes des familles vitales de produits chimiques utilisés pour fabriquer une vaste gamme d’autres produits, plus composés précieux (upcycling).
Le nouveau processus ne nécessite pas de réactifs coûteux ni de conditions difficiles et est pratiquement exempt de déchets chimiques. Le rendement est très élevé et tout solvant n’ayant pas réagi peut être facilement récupéré. Ils ont également constaté que seule une petite quantité de catalyseur était nécessaire pour conduire la réaction à une vitesse raisonnable, alors qu’il suffisait de séparer le produit par une simple filtration. Un point clé sur lequel l’équipe souligne est que la réaction principale se déroule à pression normale, ce qui signifie qu’aucun récipient ou dispositif de réaction spécial n’est requis. Cela rend la réaction facilement évolutive, même en laboratoire. L’équipe l’a démontré en prenant 50 g de matériau PET provenant d’une véritable bouteille de boisson PET et en le faisant réagir avec de la morpholine, obtenant ainsi plus de 70 grammes d’amide de morpholine, soit un rendement de 90 %.
Implications et potentiel futur
Alors que le problème mondial des déchets plastiques devient de plus en plus aigu, de nouvelles stratégies audacieuses seront nécessaires pour traiter et redéployer les plastiques dans la société. En tant qu’option de recyclage peu coûteuse et sans déchets, le travail de l’équipe pourrait voir très prochainement une application pour transformer les déchets de polyester en produits chimiques spéciaux.
Ce travail a été soutenu par une subvention JST-CREST, numéro de subvention JPMJCR21L5.
