Il y a deux défis majeurs dans la recherche sur les bioplastiques.
Plastiques sont des polymères. Les polymères consistent en une répétition plus ou moins fixe de monomères, c'est-à-dire leurs blocs de construction. Deux plastiques très courants sont le polyéthylène téréphtalate et le polystyrène expansé, plus connu sous le nom de PET (de la bouteille du même nom) et isomo. Habituellement, les monomères, tels que le styrène, sont enchaînés dans un processus de polymérisation.
Quand nous ou à propos des bioplastiques En parlant de cela, il s'agit en gros, d'une part, de plastiques fabriqués à partir de sources biologiques ou, d'autre part, de plastiques biodégradables dans certaines conditions réalistes (par exemple dans la nature ou dans l'installation de compostage). Cela contraste avec la plupart des plastiques utilisés aujourd'hui :les plastiques classiques, comme le polystyrène, sont totalement inertes et à base de matières premières fossiles (pétrole/gaz). Certains bioplastiques en revanche, ils sont à la fois biodégradables et renouvelables. L'acide polylactique, en anglais PLA abrégé, en fait partie. Renouvelable signifie qu'ils sont fabriqués à partir de matière végétale (sucre de canne, de betterave ou de maïs dans ce cas) qui se renouvelle à chaque saison de croissance. Ces sources sont donc théoriquement inépuisables, et absorbent du CO2 du ciel pour grandir. Bien sûr, l'impact sur les terres et la durabilité de la production de cultures ou de biomasse doivent également être pris en compte. Les analyses de cycle de vie semblent montrer que la production de PLA en raison de son origine verte (CO2 de l'air) moins de CO2 /kg d'émissions que les plastiques conventionnels (Groot &Boren, Int J Life Cycle Assess, 2010), bien que d'autres études soient souhaitables.
Les deux défis majeurs pour ces bioplastiques sont souvent le coût de production et l'obtention des bonnes propriétés en fonction d'une application spécifique. Dans ce contexte, j'ai mené ma recherche doctorale à la KU Leuven avec le Prof. Bert Sels. Plus précisément, nous avons recherché des procédés chimiques alternatifs pour rendre la production de PLA plus facile, plus verte et potentiellement moins chère. La production actuelle est trop coûteuse car elle nécessite plusieurs étapes intermédiaires. Tout d'abord, une sorte de préplastique est fabriqué à partir du monomère acide lactique dans un réacteur à haute température et basse pression (lire :coûteux). Le pré-plastique est ensuite décomposé en le véritable élément constitutif du PLA, à savoir le lactide, là encore un processus difficile. Ce lactide peut ensuite être facilement polymérisé en PLA.
Dans mon doctorat, j'ai développé un processus en une étape qui convertit directement l'acide lactique en lactide, un véritable bloc de construction. Non seulement nous pouvons ainsi gagner une étape dans le processus, mais le nouveau processus fonctionne dans des conditions plus douces :environ 100 °C de moins en température et à pression atmosphérique. Le secret de la conversion réside dans l'utilisation d'une zéolithe comme catalyseur. Les zéolithes sont des minéraux à structure poreuse, pleins de canaux et de trous. Dans ces canaux, d'un diamètre d'environ 0,5 nanomètre (soit 1/100 000e de cheveu humain), les molécules peuvent voler. Ce faisant, ils entrent beaucoup en collision avec le bord de ces canaux, et c'est exactement là que se trouvent les composants actifs (également appelés sites) de la zéolite. En sélectionnant la bonne zéolite pour la forme des canaux, nous nous assurons que l'acide lactique forme directement les blocs de construction PLA, et en même temps que le préplastique ne peut pas être formé. Le préplastique ne rentre tout simplement pas dans les canaux et il n'y a pas de sites actifs à l'extérieur. Ce concept, à savoir le contrôle d'une réaction par la forme des canaux et des molécules, est appelé sélectivité de forme et est issu de la pétrochimie. En pouvant travailler en tant que chercheur au FWO avec une vision plus large et dans plusieurs domaines, nous avons vu de grandes opportunités de traduire ces concepts dans de nouveaux domaines où ils sont traditionnellement inconnus. Par exemple, ici dans la production de bioplastiques † Ce processus est un bon exemple de la manière dont l'industrie chimique et la biotechnologie (fermentation lactique) peuvent aller de pair. Ce procédé a été breveté par la KU Leuven et ce brevet a depuis été vendu à une entreprise chimique.
Bien sûr, le PLA ne remplacera jamais complètement les plastiques traditionnels; certains produits, comme le tuyau d'évacuation de vos toilettes, ne peuvent tout simplement pas être biodégradables. Mais ce qui est fabriqué à partir d'acide polylactique (et peut l'être, il suffit de penser aux imprimantes 3D), pourrait éventuellement être moins cher et plus écologique. Cependant, remplacer en partie les plastiques classiques par des plastiques plus verts peut être une option, mais cela restera toujours une solution partielle. Cela ne devrait certainement pas s'accompagner de l'idée qu'il est désormais acceptable de jeter ces plastiques plus souvent dans l'environnement. Premièrement, ce n'est certainement pas le cas de tous les PLA, car leur forme classique semble se dégrader très lentement dans les milieux aquatiques. Cependant, le PLA est facilement dégradable dans les installations de compostage industriel (ex. emballages alimentaires pouvant être mis dans le bac vert) et peut même être recyclé en acide lactique dans des conditions chimiques. Dans une deuxième partie de mes recherches, nous essayons maintenant d'ajuster les propriétés du PLA classique au moyen de petits additifs dans le mélange de monomères. Par exemple, nous recherchons du PLA plus résistant pour certaines applications, ainsi que du PLA qui se dégrade mieux dans l'eau.
Enfin, dans le plastique Il se passe beaucoup de choses dans le monde concernant le recyclage (Carey :« Au bord d'une révolution du recyclage ? », PNAS 2017). Au-delà de la dégradabilité, c'est certainement un pas dans la bonne direction que de réutiliser au maximum les plastiques, d'abord par le consommateur (sacs par exemple), et ensuite par le recyclage via la collecte sélective. Les «sacs roses» récemment introduits pour les plastiques souples à Louvain et dans les environs semblent certainement être un pas dans la bonne direction. Personnellement, je remplis maintenant presque 2 sacs roses pour chaque sac poubelle marron. Une dernière réflexion :mieux vaut prévenir que guérir ou remplacer. Est-ce que chaque gâteau d'une série de 10 doit être emballé séparément à l'intérieur de son emballage ? Un concombre doit-il passer par le plastique être enveloppé s'il a déjà un skin ?
