Comment transformer les déchets de biocarburants en éco-plastique bon marché

bioplastiques-12-4La demande en PLA biodégradable est en augmentation constante et devrait atteindre environ un mégatonne par an d’ici 2020. (Crédit: Bo Cheng / ETH Zurich)

Pour fabriquer des plastiques biodégradables, les fabricants se tournent de plus en plus vers l’acide polylactique (PLA). La demande en PLA devrait atteindre une mégatonne par an selon 2020.

Actuellement, la plupart PLA est produit par la fermentation du sucre, mais les chercheurs disent qu'ils ont mis au point un moyen moins coûteux et plus propre pour le produire: en utilisant du glycérol, un déchet sous-produit de la production de biodiesel.

Le glycérol est un sous-produit de la fabrication de biocarburants de première génération et, en tant que tel, n’est pas de qualité supérieure, mais contient des résidus de cendres et de méthanol.

bioplastiques2-12-4Le biodiesel brut contient des quantités importantes de glycérol (phase sombre). (Crédit: Bo Cheng / ETH Zurich)

«Personne ne sait quoi faire avec cette quantité de glycérol résiduel», déclare Merten Morales, doctorante à l'ETH Zurich et faisant partie d'une équipe de recherche dirigée par le professeur Konrad Hungerbühler.

Ces déchets sont de plus en plus abondants et les mégatonnes 3 dans 2014 devraient augmenter et dépasser celles de 4 grâce à 2020. En raison de ses impuretés, le glycérol ne convient pas à l'industrie chimique ou pharmaceutique.

Ce n’est pas non plus une bonne source d’énergie car elle ne brûle pas bien.

«Normalement, cela devrait passer par le traitement des eaux usées, mais pour économiser de l'argent et parce que ce n'est pas très toxique, certaines entreprises le jettent dans les rivières ou le nourrissent. Mais il y a des préoccupations quant à la façon dont cela affecte les animaux. "

20 Pourcentage Moins CO2

La nouvelle procédure réduit les émissions globales de CO2 de 20% par rapport à la fermentation: par kilogramme d’acide lactique produit, les kilogrammes 6 de CO2 sont émis avec la nouvelle méthode par rapport aux kilogrammes 7.5 de technologie conventionnelle.

En outre, en réduisant le coût global du processus, les chercheurs ont calculé une augmentation du bénéfice potentiel multipliée par 17.

«Nos calculs sont même plutôt conservateurs», explique Morales. «Nous avons supposé une matière première à base de glycérol de relativement bonne qualité. Mais cela fonctionne aussi avec du glycérol de qualité médiocre, encore moins cher. ”

Comment fonctionne le processus

Le glycérol est d'abord converti enzymatiquement en un intermédiaire appelé dihydroxyacétone, qui est ensuite traité pour produire de l'acide lactique au moyen d'un catalyseur hétérogène.

Une équipe dirigée par Javier Pérez-Ramírez, professeur à l'Institut de chimie et de bioingénierie, a conçu un catalyseur à haute réactivité et à longue durée de vie. Il s'agit d'un minéral microporeux, une zéolite, dont la structure facilite les réactions chimiques au sein des pores.

L'équipe de Pérez-Ramírez a collaboré avec le groupe Hungerbühler pour améliorer progressivement le catalyseur tout en effectuant l'évaluation du cycle de vie de la procédure dans son ensemble.

«Sans l'évaluation et la comparaison avec la méthode conventionnelle, nous aurions peut-être été satisfaits du concept de catalyseur initial utilisé dans notre étude, qui s'est révélé moins écologique que la fermentation», explique Pierre Dapsens, étudiant au doctorat à l'Université Pérez. Groupe Ramírez.

En améliorant plusieurs aspects de la conception du catalyseur, les chercheurs ont finalement été en mesure de surpasser la fermentation du sucre d'un point de vue environnemental et économique.

Les processus industriels sont souvent rendus «durables» simplement en passant à une ressource renouvelable.

"Cependant, en prenant en compte l'ensemble du processus, de la source de la matière première au produit final en passant par la gestion des déchets, vous constaterez souvent qu'une méthode de production supposément durable n'est pas nécessairement plus durable que la méthode conventionnelle", ajoute Cecilia Mondelli, un scientifique senior du groupe d'ingénierie avancée de la catalyse, qui participe également à l'étude.

En savoir plus sur la méthode dans le journal L'énergie et des sciences de l'environnement.

La source: ETH Zurich
étude originale

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