Une cruche en plastique sert de fourrage à un matériau mis au point à l’université de Rice, qui transforme les déchets plastiques en un matériau capable d’absorber le dioxyde de carbone. Le laboratoire vise les gaz de combustion qui nécessitent désormais un processus beaucoup plus complexe pour séquestrer le dioxyde de carbone. Crédit : Jeff Fitlow/Rice University
Le laboratoire de l’Université Rice transforme des déchets difficiles à traiter en un maître du captage du carbone.
Voici une autre chose à faire avec cette montagne de plastique usagé : la faire absorber l’excès de dioxyde de carbone.
Ce qui semble être une solution gagnante pour deux problèmes environnementaux urgents décrit la technique chimique récemment découverte par un laboratoire de l’Université de Rice pour transformer les déchets plastiques en un absorbant efficace de dioxyde de carbone (CO2) pour l’industrie.
James Tour, chimiste à l’université Rice, et les co-auteurs principaux Wala Algozeeb, ancien élève de l’université Rice, Paul Savas, étudiant diplômé, et Zhe Yuan, chercheur postdoctoral, ont publié un article dans le journal de l’American Chemical Society. ACS Nano que le chauffage de déchets plastiques en présence d’acétate de potassium a produit des particules dotées de pores de taille nanométrique qui piègent les molécules de dioxyde de carbone.
Ces particules peuvent être utilisées pour éliminer le CO2 de gaz de combustion courants, ont-ils rapporté.
Paul Savas, étudiant diplômé de l’Université Rice, introduit du plastique brut dans un broyeur pour le préparer à la pyrolyse, ou chauffage dans une atmosphère inerte. La pyrolyse du matériau en présence de sels de potassium le transforme en un matériau qui séquestre le dioxyde de carbone des gaz de combustion. Crédit : Jeff Fitlow/Université de Rice
“Les sources ponctuelles d’émissions de CO2, comme les cheminées d’échappement des centrales électriques, peuvent être équipées de ce matériau dérivé de déchets plastiques pour éliminer d’énormes quantités de CO2 qui se retrouveraient normalement dans l’atmosphère”, a déclaré M. Tour. “C’est un excellent moyen de faire en sorte qu’un problème, celui des déchets plastiques, réponde à un autre problème, celui des émissions de CO2.”
Un procédé actuel pour pyrolyser plastique connu sous le nom de recyclage chimique produit des huiles, des gaz et des cires, mais le sous-produit de carbone est presque inutile, a-t-il dit. Cependant, la pyrolyse du plastique en présence d’acétate de potassium produit des particules poreuses capables de retenir jusqu’à 18 % de leur propre poids en CO2 à température ambiante.
Les pores de cette particule à l’échelle du micron, résultat de la pyrolyse en présence d’acétate de potassium, sont capables de séquestrer le dioxyde de carbone des flux de gaz de combustion. Selon les scientifiques de l’université Rice, ce procédé pourrait être une solution gagnante pour deux problèmes environnementaux urgents. Crédit : Tour Group/Université de Rice
En outre, alors que le recyclage chimique typique ne fonctionne pas pour les déchets de polymères à faible teneur en carbone fixe afin de générer un sorbant de CO2, y compris le polypropylène et le polyéthylène haute et basse densité, les principaux constituants des déchets municipaux, ces plastiques fonctionnent particulièrement bien pour capturer le CO2 lorsqu’ils sont traités avec de l’acétate de potassium.
Le laboratoire estime que le coût du piégeage du dioxyde de carbone à partir d’une source ponctuelle comme les gaz de combustion post-combustion serait de 21 dollars par tonne, ce qui est bien moins cher que le procédé à base d’amines, très énergivore et couramment utilisé pour extraire le dioxyde de carbone des gaz naturels, qui coûte entre 80 et 160 dollars par tonne.
Un chimiste de l’Université Rice se prépare à chauffer une poudre de plastique combinée à de l’acétate de potassium pour la transformer en particules poreuses qui absorbent le dioxyde de carbone. Crédit : Jeff Fitlow/Rice University
Comme les matériaux à base d’amine, l’absorbant peut être réutilisé. En le chauffant à environ 75 degrés Celsius (167 degrees Fahrenheit) releases trapped carbon dioxide from the pores, regenerating about 90% of the material’s binding sites.
Because it cycles at 75 degrees Celsius, polyvinyl chloride vessels are sufficient to replace the expensive metal vessels that are normally required. The researchers noted the sorbent is expected to have a longer lifetime than liquid amines, cutting downtime due to corrosion and sludge formation.
Rice University chemists modify waste plastic to absorb carbon dioxide from flue gas streams more efficiently than current processes. From left: Paul Savas, James Tour and Zhe Yuan. Credit: Jeff Fitlow/Rice University
To make the material, waste plastic is turned into powder, mixed with potassium acetate and heated at 600 C (1,112 F) for 45 minutes to optimize the pores, most of which are about 0.7 nanometers wide. Higher temperatures led to wider pores. The process also produces a wax byproduct that can be recycled into detergents or lubricants, the researchers said.
Reference: “Plastic Waste Product Captures Carbon Dioxide in Nanometer Pores” by Wala A. Algozeeb, Paul E. Savas, Zhe Yuan, Zhe Wang, Carter Kittrell, Jacklyn N. Hall, Weiyin Chen, Praveen Bollini and James M. Tour, 5 April 2022, ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.2c00955
Co-authors of the paper are Rice alumnus Zhe Wang and research scientist Carter Kittrell, and graduate student Jacklyn Hall and Praveen Bollini, an assistant professor of chemical and biomolecular engineering, both of the University of Houston. Tour is the T.T. and W.F. Chao Chair in Chemistry as well as a professor of materials science and nanoengineering.
The Department of Energy (DE-F0031794) and Saudi Aramco supported the research.
