Des déchets plastiques à l'industrie pharmaceutique
Les plastiques sont le plus grand produit de consommation synthétique au monde, atteignant en 2021 une production annuelle de 390 millions de tonnes métriques. Ses propriétés, telles que le poids léger, le faible coût et la facilité de propulsion, permettent une grande variété d'applications, telles que les emballages légers, la construction, l'électronique, les dispositifs biomédicaux et le stockage d'énergie.
Au niveau moléculaire, les plastiques sont de longues chaînes de monomères, c’est-à-dire des chaînes créées par les répétitions d’une molécule, dont les propriétés des matériaux dépendent du mouvement et de l’organisation de celles-ci. En dépit des avantages importants que l'utilisation de polymères a procurés à la société, la gestion des plastiques n'a pas été développée dans la même chaîne de production, entraînant des piles de déchets plastiques et la présence de microplastiques.
Bien que la société prenne conscience de la gestion insoutenable des plastiques et que la consommation de plastique ait diminué de 10 millions de tonnes depuis 2017, elle devrait continuer à produire beaucoup de plastique. C’est pourquoi on a vu la nécessité de gérer les plastiques post-consommation et, dans la mesure du possible, de donner une nouvelle vie, qui est l’objectif de ma thèse de doctorat.
Recyclabilité des polymères
La commission de l'environnement de l'Union européenne s'efforce d'accroître la durabilité des plastiques commerciaux en mettant en œuvre des politiques et des programmes spécifiques. Parmi ces efforts, il vise à transformer la production linéaire jusqu'à présent en production circulaire, en stimulant le recyclage, c'est-à-dire en recommandant l'utilisation de déchets plastiques après consommation comme source de haute qualité pour la production de nouveaux plastiques.
Dans la production linéaire, les combinaisons sont prises pour la formation du polymère et la synthèse du polymère est réalisée. Ce polymère est ensuite traité pour obtenir le produit désiré, c'est-à-dire qu'il est façonné et coloré. Une fois le produit consommé, les déchets plastiques sont stockés dans la décharge ou utilisés pour récupérer de l'énergie (figure 1).
La production circulaire vise à donner une nouvelle vie au plastique, ce qui en fait à nouveau un produit de consommation. Dans ce cas, le polymère est d'abord synthétisé et traité de la même manière que dans la production linéaire, mais une fois l'utilisation du polymère terminée, les déchets sont collectés et transférés dans les industries spécialisées. Dans ces industries, un procédé de recyclage est appliqué au plastique et réutilisé (figure 1).
Malgré le développement des processus de recyclage, il reste encore un long chemin à parcourir, puisque 23,4% des déchets collectés en 2020 ont été mis en décharge, 42% ont été consacrés à la récupération d'énergie et seulement 34,6% des déchets ont donné une nouvelle vie (figure 2). Cependant, il est évident que de plus en plus on se recycle: Depuis 2006, l'utilisation de matériaux recyclés a augmenté de 117% et les déchets mis en décharge ont diminué de 47%.
De quoi parlons-nous quand nous parlons de recyclage?
Actuellement, le processus le plus courant de recyclage des déchets plastiques est la reconversion mécanique. Cependant, dans ce processus, le polymère perd des propriétés. Par conséquent, le recyclage mécanique ne prend en charge que des cycles spécifiques, de sorte que le plastique ne peut pas être recyclé de cette manière.
Heureusement, il est possible de donner au plastique un cycle infini de recyclage, en remplaçant le recyclage mécanique par le recyclage chimique. Cette méthode de recyclage permet la reconversion de chaînes de polymères en monomères, ce qui permet une nouvelle synthèse du polymère initial. Ainsi, on peut produire encore et encore du plastique recyclé avec les mêmes propriétés, réduisant la nécessité d'utiliser de nouvelles matières premières.
D'où viennent les polymères?
La plupart des polymères industriels sont basés sur le pétrole, les matières premières sont raffinées du pétrole et utilisées pour les polymérisations. Des conditions drastiques telles que des températures et des pressions élevées sont utilisées dans le processus de raffinage et du méthane et du dioxyde de carbone responsables du changement climatique sont émis dans l’atmosphère.
Afin de réduire ces dommages, l'utilisation industrielle de polymères à base biologique a commencé à augmenter. L'un des polymères les plus connus est l'acide polylactique (PLA), parfois utilisé pour l'emballage des aliments. Les monomères de ce polymère sont obtenus à partir des plantes, ce qui contribue à réduire l'utilisation du pétrole. À côté du polymère PLA, il existe au cours des dernières années un autre polymère biobasé qui acquiert un intérêt: le polyhydroxybutyrate (PHB).
Pourquoi le polyhydroxybutyrate est-il si spécial?
Le polymère PHB possède d'excellentes propriétés barrière, c'est-à-dire qu'il ne permet pas de filtrer de petites molécules à travers le polymère, ce qui en fait un matériau très approprié pour la conservation des aliments. Cependant, la principale particularité de ce polymère réside dans son origine, car il est produit en interne par des micro-organismes. En conséquence, le polymère est extrait de micro-organismes et est utilisé pour produire des produits tels que des couverts à usage unique et des emballages légers pour aliments (figure 3).
Ce polymère est en outre biodégradable, ce qui accroît l'intérêt pour lui, car il reviendra à la nature sous forme d'eau, de dioxyde de carbone et de biomasse. Cependant, le principal inconvénient du PHB est son prix élevé, supérieur à celui des polymères conventionnels à base de pétrole. Par conséquent, il a été jugé nécessaire de procéder à une collecte de PHB pour en faire un polymère rentable pour les applications à usage unique.
Le plastique PHB ne peut pas être recyclé mécaniquement car il se dégrade à la température requise par le procédé et perdrait les produits pendant le processus. Par conséquent, nous avons souligné que le meilleur procédé de recyclage pour ce polymère est le recyclage chimique.
Recyclage chimique du polyhydroxybutyrate
Selon le polymère, le recyclage chimique peut être effectué d'une manière ou d'une autre, mais nous avons vu que l'hydrolyse est la meilleure solution. Dans le processus d'hydrolyse, on utilise de l'eau pour fragmenter le polymère et obtenir ainsi des monomères.
L'idéal pour l'hydrolyse du polymère PHB est de le submerger et d'élever la température à 180°C, comme nous l'avons vu. Pour aider le processus, un catalyseur naturel a été ajouté et laissé réagir pendant 12 heures. Après cette période, le produit a été étudié par une technique appelée résonance magnétique nucléaire et le monomère obtenu a été observé comme acide 3-hydroxybutyrique.
La molécule d'acide 3-hydroxybutyrique offre plusieurs voies de recyclage. D'une part, il permet de synthétiser à nouveau le polymère PHB, fermant ainsi complètement le cycle de recyclage. Toutefois, il existe d'autres applications plus intéressantes, notamment celles qui concernent les industries cosmétiques et pharmaceutiques (figure 4).
En cosmétique, l'acide 3-hydroxybutyrique est utilisé pour le traitement de certaines maladies de la peau, telles que le photovieillissement, l'acné, les troubles de la pigmentation et le psoriasis. C’est aussi la matière première pour la synthèse de nombreux composés contenant de l’acide pharmaceutique, tels que des agents antitumoraux, des agents anti-obésité, des antibiotiques et des vitamines.
L'acide 3-hydroxybutyrique peut également être obtenu par d'autres voies, mais ce sont des processus très difficiles et des quantités très faibles de produit sont obtenues. Il est donc conclu que l'hydrolyse du polymère PHB est un moyen facile et durable d'obtenir cette molécule intéressante. En outre, il permet de préserver la nature, car une matière première importante est obtenue à partir d'un résidu en plastique.
Bibliographie
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
