Solutions durables pour les plastiques : Le rôle futur des lignines

Les plastiques - amis et ennemis

Si vous êtes comme moi, vous avez probablement vu les images de tout le plastique flottant dans la grande plaque d'ordures du Pacifique ou peut-être avez-vous vu les images de sauveteurs de la faune sauvage essayant de retirer une paille en plastique du nez d'une tortue de mer. Ces images peuvent être assez troublantes et nuisent à la réputation du plastique. Et pourtant, le plastique est aussi très étonnant et productif. Le plastique contribue à la salubrité de nos aliments sous forme d'emballages, il facilite notre mobilité en étant un composant important des avions, des automobiles et des bus, il est utilisé dans tous les types de produits médicaux, des seringues aux stents cardiaques en passant par les bouteilles d'ibuprofène de votre armoire à pharmacie. Il ne fait aucun doute que le plastique est devenu un élément essentiel de notre vie quotidienne, avec une nature contradictoire ironique qui pollue notre environnement et peut avoir un impact négatif sur notre santé en se retrouvant dans notre alimentation et notre approvisionnement en eau. Mais je suppose que cela soulève aussi la question : Existe-t-il un moyen de minimiser les effets néfastes du plastique tout en maximisant tous les avantages qu'il offre ? En d'autres termes, pourrions-nous utiliser le plastique d'une manière plus durable ?

Les défis - de la dépollution aux sources renouvelables

Au premier abord, la question de l'utilisation durable du plastique semble simplement se situer à une échelle qui est franchement écrasante. Par exemple, en tant qu'individu, je fais ma part en recyclant et pourtant, la grande plaque de déchets du Pacifique existe et continue de s'étendre. Je dois donc supposer qu'un système s'est effondré quelque part. Peut-être que l'origine du plastique de la plaque d'ordures remonte à une époque antérieure aux lois et réglementations environnementales actuelles ou peut-être que le plastique échappe aux flux de recyclage. Peut-être avons-nous deux défis à relever pour utiliser les plastiques de manière plus durable. Le premier consiste à nettoyer le plastique qui se trouve déjà dans l'environnement. Le second, et peut-être la solution la plus efficace, consiste à concevoir de nouveaux plastiques plus inoffensifs pour l'environnement, de sorte que s'ils échappent aux flux de recyclage, leur impact sur l'environnement soit minimisé ou totalement atténué.

En ce qui concerne le premier défi, le nettoyage du plastique existant dans l'environnement est intimidant et assez complexe. Il y a d'abord la logistique de la récupération du plastique, puis le tri mécanique du plastique selon les différents types, par exemple le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène haute densité (PEHD), le polypropylène (PP), etc. Ensuite, il faut essayer de décomposer le polymère en ses monomères afin de le reconstituer en un nouveau polymère vierge. Sur le plan chimique, c'est là que les choses commencent à devenir à la fois intéressantes et compliquées. Dans l'industrie, il existe des méthodes telles que la pyrolyse, la dépolymérisation chimique et biologique qui sont utilisées pour transformer les plastiques en matières premières chimiques ou en carburants. Ce domaine du recyclage semble gagner en intérêt d'un point de vue industriel. Cependant, il doit également relever plusieurs défis en matière de durabilité, comme la logistique de la récupération des plastiques usagés, la consommation d'énergie pendant les processus de dépolymérisation et l'évaluation de l'absence de sous-produits de dégradation et d'impuretés dans les polymères dépolymérisés avant leur réutilisation dans de nouveaux produits.

Le deuxième défi à relever pour utiliser les plastiques de manière plus durable consiste à concevoir des plastiques plus respectueux de l'environnement. Ce défi comporte deux facettes. Tout d'abord, la conception du plastique de manière à ce qu'il puisse être facilement dégradé. Ensuite, la fabrication du polymère à partir de matières premières bio-dérivées. Les matières premières bio-dérivées présentent de nombreux avantages en termes de durabilité, comme le fait d'être renouvelables, et peuvent également nécessiter moins d'énergie pour être transformées en polymères. Par exemple, les matières premières pétrolières nécessitent souvent une étape d'oxygénation à forte intensité énergétique et très polluante. En revanche, les principales sources de matières premières bio-dérivées, à savoir la cellulose, l'hémicellulose et la lignine, sont intrinsèquement très oxygénées. Il est donc possible d'éviter complètement l'étape de consommation d'énergie et de pollution. Nous nous posons donc une autre question : Serait-il possible d'obtenir davantage de polymères à partir de matières premières bio-dérivées et conçus pour se dégrader ?

Les lignines - une alternative plus durable au pétrole ?

Les lignines (du latin lignum = bois) donnent aux plantes leur forme et leur solidité. Fonctionnellement, les biopolymères de lignocellulose renforcent la paroi cellulaire des plantes et sont constitués de trois composants principaux, dans lesquels la cellulose et l'hémicellulose forment une charpente où un troisième composant, la lignine, agit comme un adhésif qui conduit à la solidification (lignification) de la paroi cellulaire. La lignification renforce les parois cellulaires des tissus du xylème et offre aux plantes une protection contre le vent et les parasites, ainsi qu'une résistance à d'autres facteurs externes. Tous ces avantages structurels et fonctionnels que la vie des plantes terrestres tire des lignines sont également utiles sur le plan industriel - on peut considérer les lignines comme une sorte d'entrepôt durable de produits chimiques fins.

La magie des lignines ne s'arrête pas là, car nous avons les clés de cet entrepôt. Et cette clé, c'est la dépolymérisation. Une fois la lignine dépolymérisée, ses matières premières polyaromatiques peuvent souvent remplacer les matières premières essentielles des matériaux dérivés du pétrole. Ces produits chimiques à base de lignine peuvent être utilisés pour produire les mêmes plastiques, médicaments, peintures et produits électroniques que ceux fabriqués à partir du pétrole traditionnel, mais de manière plus durable et avec un résultat plus biodégradable. Contrairement aux polymères dérivés du pétrole, les lignines peuvent être dérivées de ressources renouvelables telles que le bois, la paille et même le miscanthus, une herbe géante, résistante et à croissance rapide qui prospère dans les sols pauvres en nutriments - ce qui peut minimiser la concurrence de l'utilisation de cultures alimentaires comme sources de lignine. Même les déchets industriels, comme la pâte à papier, peuvent être utilisés comme source de lignine.

Je pense qu'il va sans dire que les lignines ont un énorme potentiel commercial en tant que matière première durable, mais nous devons également reconnaître que la libération du plein potentiel des lignines est un domaine de recherche active. L'avenir de l'utilisation des lignines dans l'industrie chimique du futur dépend de nombreux facteurs, notamment de l'avancement de la recherche scientifique qui permet une mise à l'échelle responsable et rentable de la transformation des lignines en matières premières chimiques utiles. Et je suis heureux de dire que la chimie analytique va jouer un rôle important dans la caractérisation complète des lignines pour leurs nombreuses applications et utilisations industrielles.

Vous voulez en savoir plus sur le rôle futur des lignines ?

Nous vous invitons à participer à notre webinaire sponsorisé avec Chemistry World pour découvrir le potentiel des lignines, comment mieux les analyser et le rôle essentiel qu'elles jouent dans le soutien de l'économie circulaire de demain.