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Transformer les biopolymères en engrais

Figure 1. L’utilisation des produits de décomposition du PIC comme engrais riche en azote ferme un cycle durable qui fait des bioplastiques une option plus attrayante pour résoudre les problèmes environnementaux causés par les plastiques conventionnels à base de pétrole. Crédit : Daisuke Aoki de l’Institut de technologie de Tokyo

Les plastiques ont pris d’assaut le monde au cours du siècle dernier et ont trouvé des applications dans presque tous les aspects de notre vie. Cependant, l’émergence de ces polymères synthétiques, qui constituent la base des plastiques, a contribué à plusieurs problèmes environnementaux graves. Le pire d’entre eux est l’utilisation excessive de composés pétrochimiques et l’élimination de matériaux non biodégradables sans recyclage ; Seulement 14% de tous les déchets plastiques sont recyclés, ce qui n’affecte guère le problème.

Pour résoudre le dilemme des plastiques, nous devons développer des systèmes « circulaires », où les matériaux de base utilisés pour produire le plastique bouclent la boucle après avoir été jetés et recyclés. À l’Institut de technologie de Tokyo, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur agrégé Daisuke Aoki et le professeur Hideyuki Otsuka dirige un nouveau concept. Dans son nouveau procédé respectueux de l’environnement, les plastiques produits à partir de biomasse (bioplastiques) sont recyclés chimiquement et transformés en engrais. Cette étude sera publiée le 28 octobre 2021 sur chimie verte, un journal de la Royal Society of Chemistry qui se concentre sur la recherche innovante sur les technologies durables et respectueuses de l’environnement.

L’équipe s’est concentrée sur le poly(carbonate d’isosorbide), ou « PIC », un type de biopolycarbonate qui a suscité un vif intérêt en tant qu’alternative au polycarbonate à base de pétrole. Le PIC est produit en utilisant une substance non toxique dérivée du glucose appelée isosorbide (ISB) comme monomère. La partie intéressante est que les liaisons carbonates rejoignant les ISB peuvent être coupées avec de l’ammoniac (NH3) dans un processus connu sous le nom de « décomposition de l’ammoniac ». Ce processus produit de l’urée, une molécule riche en azote largement utilisée comme engrais. Bien que cette réaction chimique n’ait pas été un secret pour la science, peu d’études sur la décomposition des polymères se sont concentrées sur les utilisations potentielles de tous les produits de décomposition plutôt que sur les seuls monomères.

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Tout d’abord, les scientifiques ont étudié comment effectuer la décomposition complète de l’ammoniac du PIC dans l’eau dans des conditions modérées (30°C et pression atmosphérique). La justification de cette décision était d’éviter l’utilisation de solvants organiques et de quantités excessives d’énergie. L’équipe a soigneusement analysé tous les produits de réaction par divers moyens, notamment la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la chromatographie en relief sur gel.

Bien qu’ils aient pu produire de l’urée de cette manière, la dégradation du PIC n’était pas complète même après 24 h, de nombreux dérivés de l’ISB étant toujours présents. Par conséquent, les chercheurs ont essayé d’augmenter la température et ont découvert qu’une dégradation complète peut être obtenue en environ six heures à 90 °C ! Le Dr Aoki souligne les avantages de cette approche : « La réaction a lieu sans aucun catalyseur, ce qui démontre que la décomposition de l’ammoniac dans le PIC peut être facilement effectuée à l’aide d’ammoniac aqueux et de chauffage. Ainsi, cette procédure est opérationnellement simple et respectueuse de l’environnement du point de vue vue du recyclage chimique ».

Enfin, pour prouver que tous les produits de décomposition du PIC peuvent être utilisés directement comme engrais, l’équipe a mené des expériences de croissance des plantes en utilisant Arabidopsis thaliana, un objet modèle. Ils ont constaté que les plantes traitées avec tous les produits hydrolysés PIC poussaient mieux que les plantes traitées avec de l’urée uniquement.

Les résultats globaux de cette étude démontrent la faisabilité du développement de systèmes de fertilisation plastique (Fig. 1). Les systèmes peuvent non seulement aider à lutter contre la pollution et l’épuisement des ressources, mais aussi contribuer à répondre à la demande mondiale croissante de nourriture. Le Dr Aoki conclut sur une note positive : « Nous sommes convaincus que notre travail représente une étape importante vers le développement de matériaux polymères durables et recyclables dans un avenir proche. L’ère du ‘pain avec du plastique’ approche! »

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Référence : « Du plastique à l’engrais : recyclage chimique du biopolycarbonate en tant que source d’engrais » 28 octobre 2021 Disponible ici chimie verte.
DOI : 10.1039 / D1GC02327F

Delphine Perrault

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