La réutilisation du plastique devient plus facile grâce aux lasers

La hausse de la pollution mondiale continue de stimuler la demande de services de recyclage à faible coût. Malheureusement, les polluants plastiques ne se décomposent pas dans les décharges comme les autres déchets, ce qui entraîne des accumulations massives partout dans le monde. Heureusement, un groupe d'ingénieurs innovants a publié ce mois-ci une étude démontrant un système laser innovant qui rend la valorisation des déchets plastiques plus efficace. Voici ce que vous devez savoir.

Pollution plastique

Le monde a besoin de solutions durables pour la gestion des déchets plastiques. Les plastiques sont notoirement difficiles à décomposer et, de ce fait, ils finissent souvent dans les décharges ou les tas d’ordures, où ils se décomposent lentement et détruisent l’environnement. Ces polluants continuent d’apparaître dans l’eau potable, les animaux et d’autres points cruciaux de la chaîne alimentaire.

Étude sur la réutilisation du plastique

Les dernières recherches portent sur l’utilisation des lasers pour aider à briser les liaisons chimiques qui rendent le plastique nocif et qui mettent si longtemps à se dégrader dans l’environnement. Le rapport montre comment ces lasers peuvent décomposer des molécules spécifiques du plastique, leur permettant ainsi d'être réutilisées comme substances réutilisables. Plus précisément, l’équipe a créé des points de carbone (CD) luminescents qui ont été capturés sur des substrats solides à l’aide d’un processus appelé activation CH.

La réutilisation du plastique devient plus facile grâce aux lasers

Les chercheurs ont choisi le chlorure de cétyltriméthylammonium (CTAC) comme première cible pour la méthode de décomposition laser. L'équipe a choisi le CTAC en raison de ses caractéristiques spécifiques, notamment sa structure sans carbone. De plus, il est courant dans la composition des nanomatériaux et peut conserver une forme solide sans nécessiter de modifications atmosphériques importantes.

Activation CH

L'activation du CH est un processus chimique révolutionnaire qui permet aux scientifiques de rompre les liaisons carbone-hydrogène dans une molécule organique. Ces liaisons peuvent être spécifiquement ciblées en fonction de leur composition, ce qui leur permet d'être synthétisées sélectivement en composants fondamentaux tels que des CD pouvant être réutilisés.

Le processus d’activation CH introduit des rayons lumineux de faible puissance à des intervalles et à des fréquences spécifiques. Ces rayons lumineux brisent les liaisons chimiques qui rendent le plastique non biodégradable et forment de nouvelles liaisons. Plus précisément, l’étude examine comment décomposer les tensioactifs organiques d’ammonium quaternaire à longue chaîne en CD luminescents, ouvrant ainsi la porte à de nouvelles opportunités dans divers domaines, notamment la réduction de la pollution, la science des matériaux, la chimie organique et la biomédecine.

Nanomatériaux à base de carbone

Les nanomatériaux à base de carbone constituent le produit idéal pour transformer les déchets plastiques, et ce, pour de nombreuses raisons. Ils peuvent notamment servir à la création de composants électroniques haut de gamme, notamment des cartes de circuits imprimés, des dispositifs de stockage et d'autres éléments essentiels de l'économie informatique. Ils sont très demandés et indispensables aux appareils de haute technologie d'aujourd'hui.

Calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT)

Les chercheurs ont développé une variante du calcul de la théorie fonctionnelle de la densité pour prédire le processus de conversion et affiner la quantité de lumière et les fréquences utilisées. Selon les ingénieurs, les calculs DFT reposaient sur le code VASP, pour lequel les électrons de valence sont pris en compte via les fonctions d'onde de Kohn-Sham dans un ensemble de base d'ondes planes. Cette approche a permis à l'équipe de déterminer les erreurs et les défauts du processus sans avoir besoin de réexécuter les tests. Plus précisément, ils ont pu déterminer comment les états oxydés et les erreurs affectent les processus d’adsorption de H et d’activation de C – H.

Phase de test

Le scientifique a commencé les tests en créant une fine couche de CTAC solide. Cette couche a ensuite été recouverte d'une monocouche WSe2. Notamment, ce revêtement a été développé spécifiquement pour l’expérience en utilisant la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Les couches, appelées dichalcogénures de métaux de transition, facilitent la réaction chimique une fois exposées à l'irradiation d'un laser à onde continue de faible puissance. L’équipe a notamment utilisé divers lasers d’une puissance comprise entre ~0.2 et 5 mW.

Le laser permet aux molécules CTAC de commencer l’activation de la liaison C – H médiée par WSe2, entraînant la formation d’une liaison C = C et la conversion des molécules H à l’état gazeux. Notamment, l’équipe a intégré des couches de dichalcogénures de métaux de transition D (TMDC), réduisant considérablement l’énergie nécessaire à la liaison des molécules de carbone du marbre et convertissant les déchets en CD.

Surveillance des modifications

Les ingénieurs ont tenté le processus sous plusieurs scénarios d’éclairage différents. Notamment, un microscope inversé Nikon TiE, utilisant un objectif à huile ×100 et une source de lumière blanche halogène évaluée à 12 V, 100 W, a rendu l'expérience possible. De plus, l’équipe a utilisé un condenseur à fond noir (NA 1.20-1.43) pour réussir le suivi de l’irradiation laser.

Les lasers utilisés comprenaient un laser Coherent Genesis MX STM-1 W à onde continue de 660 nm (Laser Quantum). Il est intéressant de noter que les ingénieurs ont élargi le faisceau pour le rendre plus efficace à l’aide d’un Thorlabs GBE05-A dirigé à l’aide du microscope pendant les tests.

Les résultats montrent la promesse d’un avenir plus vert

Les résultats de l’étude suffisent à enthousiasmer l’industrie. Plus précisément, l’équipe a réussi à convertir le chlorure de cétyltriméthylammonium (CTAC, C19H42ClN), tensioactif d’ammonium quaternaire à longue chaîne, en CD luminescents sur des monocouches 2d WSe2 selon un motif organisé et résolu spatialement. Le processus a été optimisé et peut être intégré immédiatement pour contribuer à réduire les déchets plastiques.

Pour garantir l’efficacité du processus, les scientifiques ont surveillé les développements à l’aide d’une spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à l’échelle nanométrique en champ proche (nano-FTIR). Ils ont noté une bande d’absorption importante à ~1660 1 cm−XNUMX. Cette plage a augmenté l’efficacité des liaisons C=C dans les CD. De plus, l'équipe a utilisé les spectres Raman et la cartographie via le système Renishaw pour suivre les progrès. Le spectre Raman a notamment révélé que l’équipe avait achevé la conversion des déchets en CD.

Avantages sociaux

Cette étude présente de nombreux avantages. Les polluants plastiques constituent un problème majeur qui affecte déjà la vie de millions de personnes chaque année. La capacité de synthétiser des complexes organiques fonctionnels et des polluants environnementaux tels que les déchets de combustibles fossiles en produits chimiques renouvelables ouvre la porte à une économie plus circulaire dans laquelle les déchets deviennent des produits de valeur à plusieurs reprises.

Plus efficace

L'un des principaux avantages de ce procédé est son efficacité supérieure à toutes les méthodes actuelles. Les techniques utilisées aujourd'hui sont énergivores, coûteuses et peuvent engendrer des dommages supplémentaires pour l'environnement. Cette approche ouvre ainsi la voie à un recyclage plus propre de ces déchets.

Flexible

Un autre énorme avantage de cette recherche est qu’elle peut être appliquée à une gamme de polluants chimiques qui ravagent actuellement l’environnement. Les chercheurs ont déclaré que le procédé fonctionnerait sur une sélection massive de composés organiques à longue chaîne. En tant que telle, cette stratégie pourrait être mise en œuvre à l’échelle mondiale pour lutter contre une sélection croissante de déchets, notamment le polyéthylène et les tensioactifs.

et de recherche

L’étude sur les polluants plastiques a réuni certains des esprits les plus brillants des secteurs universitaire et scientifique. Le projet a été co-écrit par Jingang Li et a bénéficié de l'aide de chercheurs de l'Université de Californie, de l'Université de Tohoku au Japon, du Laboratoire national Lawrence Berkeley, de l'Université d'État de Pennsylvanie et de l'Université Baylor. Le financement de l'étude provenait des National Institutes of Health, de la Fondation Hirose, de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, de la National Science Foundation et de la Société japonaise pour la promotion de la science.

Applications

Il existe de nombreuses applications pour cette technologie. La capacité de réduire les déchets plastiques est passée d’une préoccupation à un risque primordial qui nécessite une attention immédiate et constante. Cette dernière découverte contribue à réduire ces risques en transformant les déchets plastiques en CD précieux et réutilisables. En tant que tel, les applications sont quasiment infinies dans les domaines des matériaux photoniques, de la chimie organique et de la dépollution environnementale.

Entreprises pouvant bénéficier de cette étude

En analysant le marché, on constate aisément que de nombreuses entreprises pourraient tirer profit de l'intégration immédiate de cette technologie. Ces entreprises sont depuis longtemps pionnières dans la gestion des déchets, le recyclage et les solutions environnementales. Elles offrent ainsi aux traders une opportunité unique de s'exposer à un secteur en pleine expansion.

1. La gestion des déchets

Connexions de déchets, Inc. (WCN -1.47%)

Waste Management est entré sur le marché en 1987 dans le but de fournir à la communauté un meilleur moyen d'éliminer les déchets. L'entreprise a rapidement étendu ses opérations pour inclure des services de recyclage. Aujourd'hui, cette entreprise basée au Texas est l'un des principaux fournisseurs de ces services.

En tant que principal fournisseur de services complets de gestion des déchets, Waste Management est judicieusement positionné. Il s'agit d'une entreprise majeure qui compte plus de 28 20.69 employés. L'entreprise a réalisé des percées dans le recyclage, la gestion des déchets, les énergies renouvelables et d'autres marchés clés. Elle a notamment enregistré un chiffre d'affaires de plus de 2023 milliards de dollars en XNUMX.

Les traders peuvent considérer WCN comme un « achat » solide. C'est le principal développeur, propriétaire et exploitant de services de transformation des gaz de décharge en énergie aux États-Unis. Ainsi, le titre a surperformé et affiche actuellement un rendement sur 5 ans de +107.63 %. Le titre est notamment en hausse de +2,137 XNUMX % depuis son introduction en bourse.

2. Connexions de déchets

Connexions de déchets, Inc. (WCN -1.47%)

Waste Connections est entrée sur le marché en 1997. Initialement basée en Californie, la société a déménagé au Texas dans le cadre de sa stratégie visant à mieux servir la nation. Aujourd'hui, Waste Collections emploie plus de 19 XNUMX professionnels et est l'un des principaux fournisseurs de services de collecte, de transfert, d'élimination et de recyclage des déchets aux États-Unis.

Waste Connections pourrait notamment connaître une augmentation considérable de ses capacités et de ses revenus si elle parvenait à intégrer avec succès les nouveaux systèmes de recyclage du plastique au laser proposés par les chercheurs. Cette mise à niveau permettrait à l'entreprise de générer des revenus supplémentaires en proposant des CD aux clients.

La capitalisation boursière de la collecte des déchets s'élève à plus de 46.85 milliards de dollars. L'entreprise est fortement « en attente » en raison de son positionnement et des nombreuses acquisitions de haut niveau qu'elle a réalisées au fil des ans. Ceux qui recherchent une action stable avec un fort potentiel de hausse devraient considérer Waste Connections.

Les statistiques dressent un tableau sombre

Le plastique a révolutionné la façon dont le monde fait du commerce et reste un élément crucial de la vie quotidienne. Ce matériau utile a connu une utilisation considérable, les experts citant une croissance exponentielle depuis son introduction en 1950. Malheureusement, une grande partie de ce plastique reste dans les déchets. Selon des études environnementales, le monde introduit chaque année 2 millions de tonnes de polluants plastiques dans l’environnement, s’ajoutant aux 7 milliards de tonnes déjà en circulation.

Il est facile de comprendre comment ces polluants pénètrent le marché. Des études ont montré que jusqu'à 50 % des déchets plastiques proviennent d'emballages à usage unique. Pire encore, les analystes prédisent une forte augmentation des niveaux de pollution dans les années à venir, aggravant considérablement les risques sanitaires et environnementaux. Malheureusement, cette situation a des conséquences désastreuses.

Les océans souffrent

Les océans y sont particulièrement sensibles polluants. Malheureusement, 75 à 99 tonnes de plastique se dirigent vers l’océan, où ils restent, créant d’énormes îlots de déchets qui libèrent des polluants mortels. Au rythme actuel, les humains créent chaque année 33 milliards de livres de déchets plastiques qui finissent dans l’océan. Ce dernier développement pourrait contribuer à apaiser ces inquiétudes et à ouvrir la voie à une économie plus durable.

Les plus grands pollueurs au monde

Il n'est pas surprenant d'apprendre que tous les pays ne sont pas également responsables du problème des déchets. Comme on pouvait s'y attendre, les principaux contributeurs sont tous les pays dotés d'un secteur économique et manufacturier important. En 2023, la Chine était en tête avec environ 59,079,741 37,825,550 XNUMX tonnes de déchets. Les États-Unis suivaient de près avec XNUMX XNUMX XNUMX tonnes. L'Allemagne, le Brésil et le Japon figurent également parmi les principaux contributeurs, bien qu'à une échelle bien moindre que la Chine et les États-Unis.

Un effort d'équipe

La demande de réduction des déchets plastiques a conduit plusieurs équipes de recherche du monde entier à proposer des concepts. Ces idées vont de l'élimination des déchets de la planète à leur réutilisation dans l'électronique de pointe d'aujourd'hui. Un exemple intéressant étude ont découvert que les déchets de polystyrène pouvaient être décomposés et utilisés pour créer des composants électroniques de valeur. La mousse de polystyrène, comme les déchets plastiques, constitue un problème majeur en raison de sa longue durée de vie et du danger qu'elle présente pour la faune.

Règlementations

Un autre facteur essentiel à prendre en compte est la résistance croissante des autorités réglementaires. Les législateurs ont reconnu que la situation actuelle n'était pas tenable. L'utilisation massive de plastiques à usage unique, ainsi que d'autres facteurs, ont rendu nécessaire des changements majeurs. De nouvelles législations ont donc été adoptées à l'échelle mondiale. Par exemple, la Nouvelle-Galles du Sud, Victoria et le Queensland ont mis en place des interdictions de plastiques à usage unique en 2023. Aujourd'hui, la Californie cherche à responsabiliser les fabricants en matière de nettoyage de leurs déchets plastiques.

Réutiliser les déchets plastiques et rendre le monde plus sûr

Récupérer des déchets plastiques, qui ont causé des dommages irréparables à l’environnement, et les réutiliser dans de précieux CD est tout à fait logique. Le développement pourrait entraîner des précautions immédiates et à long terme dans l’industrie. Pour l’instant, cette équipe d’ingénieurs mérite d’être reconnue pour sa découverte qui pourrait potentiellement contribuer à sauver des millions de vies à l’avenir.

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