Le recyclage du plastique devient plus facile grâce aux lasers

Les niveaux croissants de pollution dans le monde continuent d’alimenter 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 d’énormes accumulations à l’échelle mondiale. Heureusement, un groupe d’ingénieurs innovants a publié une étude ce mois‑ci démontrant un système laser novateur qui rend le recyclage des déchets plastiques plus efficace. Voici ce que vous devez savoir.

Pollution plastique

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

Étude sur le recyclage du plastique

La recherche la plus récente explore l’utilisation de lasers pour aider à rompre les liaisons chimiques qui rendent le plastique nocif et qui prennent tant de temps à se dégrader dans l’environnement. Le rapport montre comment ces lasers peuvent décomposer des molécules spécifiques du plastique, permettant ainsi de les réutiliser comme substances réutilisables. Plus précisément, l’équipe a créé des points carbone luminescents (CD) qui ont été capturés sur des substrats solides grâce à un processus appelé activation C‑H.

Les chercheurs ont sélectionné le chlorure de cétyltriméthylammonium (CTAC) comme première cible pour la méthode de décomposition laser. L’équipe a choisi le CTAC en raison de caractéristiques spécifiques, notamment sa structure carbone‑pure. De plus, il est courant dans la composition des nanomatériaux et peut conserver une forme solide sans nécessiter d’ajustement atmosphérique important.

Activation C‑H

L’activation C‑H est un processus chimique révolutionnaire qui permet aux scientifiques de rompre les liaisons carbone‑hydrogène dans une molécule organique. Ces liaisons peuvent être ciblées spécifiquement en fonction de leur composition, permettant ainsi de les synthétiser sélectivement en composants fondamentaux tels que les CD réutilisables.
Le processus d’activation C‑H introduit des rayons lumineux de faible puissance à des intervalles et fréquences spécifiques. Ces rayons lumineux décomposent les liaisons chimiques qui rendent le plastique non biodégradable et forment de nouvelles liaisons. Plus précisément, l’étude examine comment décomposer les tensioactifs quaternaires à chaîne longue organiques en CD luminescents, ouvrant la voie 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 sont le produit idéal pour convertir les déchets plastiques pour de nombreuses raisons. D’une part, ce matériau peut être utilisé pour créer des composants électroniques haut de gamme, y compris des cartes de circuits, des dispositifs de stockage de mémoire et d’autres éléments cruciaux de l’économie informatique. Ils sont très demandés et nécessaires pour les appareils high‑tech 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 afin de prédire le processus de conversion et d’ajuster précisément la quantité de lumière et les fréquences utilisées. Selon les ingénieurs, les calculs DFT s’appuyaient sur le code VASP, pour lequel les électrons de valence sont pris en compte via les fonctions d’onde de Kohn‑Sham dans une base d’ondes planes. Cette approche a permis à l’équipe de déterminer les erreurs et défauts du processus sans devoir relancer les tests. Plus précisément, ils ont pu déterminer comment les états oxydés et les erreurs affectent l’adsorption de H et les processus d’activation 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 de WSe2. Il est à noter que ce revêtement a été cultivé spécifiquement pour l’expérience à l’aide de la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Les couches, appelées dichalcogénures de métaux de transition, facilitent la réaction chimique lorsqu’elles sont exposées à l’irradiation d’un laser à ondes continues de faible puissance. Notamment, l’équipe a utilisé divers lasers avec une puissance allant d’environ 0,2 à 5 mW.
Le laser permet aux molécules de CTAC de commencer l’activation des liaisons C‑H médiée par le WSe2, entraînant la formation d’une liaison C=C et la conversion des molécules de H en état gazeux. Il est à noter que l’équipe a intégré des couches de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) de type D, réduisant drastiquement l’énergie nécessaire pour que les molécules de carbone de marbre se lient et convertissant les déchets en CD.

Surveillance des changements

Les ingénieurs ont tenté le processus sous plusieurs scénarios d’éclairage différents. Notamment, un microscope inversé Nikon TiE, utilisant un objectif à huile ×100, ainsi qu’une source de lumière blanche halogène de 12 V, 100 W ont rendu l’expérience possible. De plus, l’équipe a utilisé un condenseur à champ sombre (NA 1,20–1,43) pour assurer le suivi efficace de l’irradiation laser.
Les lasers utilisés comprenaient un laser continu Coherent, Genesis MX STM‑1 W de 660 nm (Laser Quantum). Curieusement, les ingénieurs ont élargi le faisceau pour le rendre plus efficace à l’aide d’un Thorlabs GBE05‑A qui a été dirigé via le microscope pendant les tests.

Les résultats montrent des perspectives prometteuses pour un avenir plus vert

Les résultats de l’étude suffisent à enthousiasmer l’industrie. Plus précisément, l’équipe a réussi à convertir le tensioactif quaternaire à chaîne longue, le chlorure de cétyltriméthylammonium (CTAC, C19H42ClN), en CD luminescents sur des monocouches 2D de WSe2 selon un motif organisé et spatialement résolu. Le processus a été optimisé et peut être intégré immédiatement pour aider à réduire les déchets plastiques.
Pour garantir que le processus était mené efficacement, les scientifiques ont suivi les développements à l’aide d’une spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier de proximité à l’échelle nanométrique (nano‑FTIR). Ils ont observé une bande d’absorption importante autour de ~1660 cm⁻¹. Cette gamme a augmenté l’efficacité des liaisons C=C dans les CD. De plus, l’équipe a utilisé des spectres Raman et la cartographie via le système Renishaw pour suivre les progrès. Il est à noter que le spectre Raman a révélé que l’équipe avait achevé la conversion des déchets en CD.

Avantages

Cette étude offre 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 voie à une économie plus circulaire où les déchets deviennent des produits précieux de façon récurrente.

Plus efficace

L’un des plus grands avantages de ce processus est qu’il est plus efficace que toute méthode actuelle. Les techniques utilisées aujourd’hui nécessitent beaucoup d’énergie, sont coûteuses et peuvent entraîner des dommages supplémentaires à l’environnement. Ainsi, cette approche ouvre la voie à un recyclage plus propre de ces matériaux de déchets.

Flexible

Un autre avantage majeur de cette recherche est qu’elle peut être appliquée à une gamme de polluants chimiques qui affectent actuellement l’environnement. Les chercheurs ont indiqué que le processus fonctionnerait sur une vaste sélection de composés organiques à chaîne longue. Ainsi, cette stratégie pourrait être mise en œuvre à l’échelle mondiale pour lutter contre une gamme croissante de déchets, y compris le polyéthylène et les tensioactifs.

Chercheurs

L’étude sur les polluants plastiques a réuni certaines des esprits les plus brillants des milieux académiques et scientifiques. Le projet a été co‑écrit par Jingang Li et a bénéficié de la contribution de chercheurs de l’Université de Californie, de l’Université Tohoku au Japon, du Lawrence Berkeley National Laboratory, de la Pennsylvania State University et de l’Université Baylor. Le financement de l’étude provient des National Institutes of Health, de la Hirose Foundation, de la National Natural Science Foundation of China, du National Science Foundation et de la Japan Society for the Promotion of 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 majeur nécessitant une attention immédiate et constante. Cette découverte récente aide à réduire ces risques en transformant les déchets plastiques en CD précieux et réutilisables. Ainsi, les applications sont presque infinies dans les domaines des matériaux photoniques, de la chimie organique et de la dépollution environnementale.

Entreprises qui peuvent bénéficier de cette étude

Lorsque l’on examine le marché, il est facile de voir que de nombreuses entreprises pourraient bénéficier immédiatement de l’intégration de cette technologie. Ces sociétés ont longtemps été pionnières dans la gestion des déchets, le recyclage et les solutions environnementales. Ainsi, elles offrent une opportunité unique aux investisseurs d’obtenir une exposition à un secteur dynamique et en pleine croissance.

1. Waste Management

WCN Graphique du prix

Waste Management (WM ) est entrée sur le marché en 1987 dans le but d’offrir à la communauté une meilleure façon d’éliminer les matériaux inutiles. L’entreprise a rapidement élargi ses activités pour inclure les services de recyclage. Aujourd’hui, cette société 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 bien positionnée. C’est une grande opération qui compte plus de 28 000 employés. L’entreprise a réalisé des percées dans le recyclage, la gestion des déchets, les énergies renouvelables et d’autres marchés cruciaux. Notamment, elle a enregistré un chiffre d’affaires de plus de 20,69 milliards de dollars en 2023.

Les investisseurs peuvent considérer WCN comme un « achat » solide. C’est le principal développeur, propriétaire et opérateur de services de gaz de décharge à énergie aux États‑Unis. Ainsi, l’action a surperformé et affiche actuellement un rendement sur 5 ans de +107,63 %. Notamment, l’action a augmenté de +2 137 % depuis son introduction en bourse.

2. Waste Connections

WCN Graphique du prix

Waste Connections (WCN ) est entrée sur le marché en 1997. Initialement basée en Californie, l’entreprise a déménagé au Texas dans le cadre de sa stratégie visant à mieux servir le pays. Aujourd’hui, Waste Connections emploie plus de 19 000 professionnels et est un fournisseur de premier plan de services de collecte, de transfert, d’élimination et de recyclage des déchets aux États‑Unis.

Il est à noter que Waste Connections pourrait connaître une augmentation massive de ses capacités et de ses revenus si elle intégrait avec succès les nouveaux systèmes de recyclage plastique au laser présentés par les chercheurs. Cette mise à jour permettrait à l’entreprise de générer des revenus supplémentaires en proposant des CD aux clients.

Les collections de déchets ont une capitalisation boursière de plus de 46,85 milliards de dollars. L’entreprise bénéficie d’une recommandation forte de « conserver » en raison de son positionnement et de plusieurs acquisitions majeures réalisées au fil des ans. Ceux qui recherchent une action stable avec un fort potentiel de hausse devraient envisager Waste Connections.

Les statistiques dressent un tableau sombre

Le plastique a révolutionné la façon dont le monde commerce et demeure 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 métriques déjà en circulation.
Il est facile de voir où ces polluants pénètrent le marché. Des études ont montré que jusqu’à 50 % des déchets plastiques proviennent d’emballages à usage unique. Le pire, c’est que les analystes prévoient une hausse rapide des niveaux de pollution dans les années à venir, augmentant fortement les risques pour la santé et l’environnement. Malheureusement, cette situation a entraîné des conséquences graves.

Les océans souffrent

Les océans sont particulièrement vulnérables à ces polluants. Malheureusement, 75 à 99 tonnes de plastique se dirigent chaque année vers l’océan, où elles restent, créant d’immenses îles de déchets qui libèrent des polluants mortels. Au rythme actuel, les humains produisent 33 milliards de livres de déchets plastiques qui finissent chaque année dans l’océan. Cette avancée pourrait aider à atténuer ces préoccupations et à inaugurer une économie plus durable.

Les plus grands pollueurs au niveau mondial

Il n’est pas surprenant d’apprendre que tous les pays ne sont pas également responsables du problème des déchets. Comme on peut s’y attendre, les principaux contributeurs sont les nations disposant de vastes secteurs économiques et manufacturiers. En 2023, la Chine a mené le classement avec environ 59 079 741 tonnes métriques de déchets. Les États‑Unis suivaient de près avec 37 825 550 tonnes. L’Allemagne, le Brésil et le Japon figurent également parmi les principaux contributeurs, bien que 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 à travers le monde à proposer des concepts. Ces idées couvrent tout, de l’envoi des déchets hors de la planète à leur réutilisation dans l’électronique avancée d’aujourd’hui. Une étude intéressante a découvert que les déchets de polystyrène peuvent être décomposés et utilisés pour créer des composants électroniques précieux. Le polystyrène, comme les déchets plastiques, constitue un problème majeur en raison de sa longue durée de décomposition et du danger qu’il représente pour la faune.

Réglementations

Un autre facteur essentiel à considérer est la montée des contre‑mesures réglementaires. Les législateurs ont reconnu que la situation actuelle n’est pas durable. L’utilisation massive de plastiques à usage unique et d’autres facteurs ont créé le besoin de changements majeurs. Ainsi, de nouvelles législations ont été introduites à l’échelle mondiale. Par exemple, le New South Wales, le Victoria et le Queensland ont mis en place des interdictions d’utilisation unique en 2023. Aujourd’hui, la Californie cherche à rendre les fabricants responsables du nettoyage de leurs déchets plastiques.

Recycler les déchets plastiques et rendre le monde plus sûr

Transformer les déchets plastiques, qui ont causé des dommages irréparables à l’environnement, en CD précieux a tout son sens. Ce développement pourrait avoir des répercussions immédiates et durables dans l’industrie. Pour l’instant, cette équipe d’ingénieurs mérite d’être reconnue pour leur découverte qui a le potentiel de sauver des millions de vies à l’avenir.

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