Guillaume Rolland
Il est léger, peu coûteux, personnalisable presque à l’infini et omniprésent : malgré tous ses avantages, le plastique – et les déchets plastiques – est un gros problème. Contrairement au verre, qui est recyclable à l’infini, le recyclage du plastique est difficile et coûteux en raison de la framework moléculaire complexe du matériau conçue pour des besoins spécifiques.
À l’échelle mondiale, approximativement 380 tens of millions de tonnes métriques de plastique sont produites chaque année. Cependant, seulement 9 % approximativement de tous les déchets plastiques sont recyclés, approximativement 12 % sont incinérés et le reste est jeté dans des décharges et dans l’environnement naturel.
De nouvelles recherches du laboratoire de Giannis Mpoumpakis, professeur agrégé de génie chimique et pétrolier à l’Université de Pittsburgh, se concentrent sur l’optimisation d’une technologie prometteuse appelée pyrolyse, qui peut recycler chimiquement les déchets plastiques en produits chimiques as well as précieux. L’article a été publié récemment et a fait la couverture du Journal of Chemical Concept and Computation de l’American Chemical Society (ACS).
“La pyrolyse est relativement peu coûteuse et peut générer des produits de grande valeur, elle présente donc une solution attrayante et pratique”, a déclaré Mpourmpakis. “Il a déjà été développé à l’échelle commerciale. Le principal défi consiste désormais à trouver des situations de fonctionnement optimales, compte tenu des produits chimiques de départ et finaux, sans avoir à s’appuyer fortement sur des expérimentations par essais et erreurs.”
Pour optimiser les ailments de pyrolyse et produire les produits souhaités, les chercheurs utilisent généralement des calculs thermodynamiques basés sur ce que l’on appelle l’approche de minimisation de l’énergie libre de Gibbs. Cependant, le manque de données thermochimiques peut limiter la précision de ces calculs.
Alors que les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) sont couramment utilisés pour obtenir des données thermochimiques précises pour les petites molécules, leur application devient difficile et coûteuse en calcul pour les grandes molécules flexibles qui composent les déchets plastiques, en particulier à des températures élevées de pyrolyse.
Dans cette étude, Mpourmpakis et l’ancien put up-doctorant Hyunguk Kwon, qui est maintenant professeur à l’Université nationale des sciences et systems de Séoul, ont développé un cadre de calcul pour calculer avec précision la thermochimie dépendante de la température de molécules larges et flexibles. Ce cadre merge la recherche conformationnelle, les calculs DFT, les corrections thermochimiques et les statistiques de Boltzmann les données thermochimiques résultantes sont utilisées pour prédire les profils de décomposition thermique de l’octadécane, un composé modèle représentant le polyéthylène.
L’analyse informatique proposée basée sur les premiers principes offre une avancée significative dans la prédiction des distributions de produits dépendant de la température à partir de la pyrolyse du plastique. Il peut guider les futurs attempts expérimentaux dans le recyclage chimique des plastiques, permettant aux chercheurs d’optimiser les ailments de pyrolyse et d’augmenter l’efficacité de la conversion des déchets plastiques en produits chimiques précieux.
“La generation de plastiques devrait continuer à augmenter, il est donc essentiel que nous trouvions et perfectionnions des moyens de recycler et de réutiliser les plastiques sans nuire à l’environnement”, a déclaré Mpourmpakis. “Ce travail, qui a été financé par la National Science Basis, contribue au développement de stratégies de gestion long lasting des déchets et à la réduction de la pollution plastique, offrant des avantages potentiels à la fois pour l’environnement et la société.”
