Science et technologie à l’honneur : Biorecyclage des plastiques

Pourquoi c’est important

Les déchets plastiques dans les décharges et les océans peuvent avoir un impact négatif sur l’environnement et la santé. Plus de 350 millions de tonnes de ces déchets ont été générés dans le monde en 2019, mais très peu d’entre eux ont été recyclés. Le biorecyclage utilise des microbes pour transformer les déchets plastiques en nouveaux produits de qualité égale ou supérieure. Cela peut être bénéfique pour l’environnement et l’économie, mais des défis subsistent, notamment des coûts élevés.

Technologie

Qu’est-ce que c’est? Les plastiques, fabriqués principalement à partir de combustibles fossiles, sont largement utilisés dans des produits tels que les bouteilles d’eau. Selon l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), sur les 353 millions de tonnes de déchets plastiques générés dans le monde en 2019, environ 70 % ont été mis en décharge ou incinérés. Selon l’Environmental Protection Agency (EPA), les États-Unis ont généré environ 36 millions de tonnes de déchets plastiques ménagers en 2018, dont environ 9 % ont été recyclés.

Le recyclage biologique, ou biorecyclage, est une technologie émergente qui utilise des microbes tels que des bactéries ou des champignons pour décomposer le plastique en ses composants de base afin de les réutiliser. En revanche, la technologie de recyclage la plus couramment utilisée – mécanique – broie, lave et regranule le plastique. Comme indiqué dans un précédent Spotlight, une autre technologie émergente, le recyclage chimique, utilise la chaleur, des réactions chimiques ou les deux pour recycler les déchets plastiques. L’industrie envisage des technologies de pointe telles que le biorecyclage et le recyclage chimique comme complément ou alternative au recyclage mécanique. Le recyclage avec le recyclage mécanique donne du plastique de mauvaise qualité qui finit dans les décharges.

Comment cela marche-t-il? Des protéines microbiennes spéciales appelées enzymes décomposent le plastique en ses composants chimiques les plus élémentaires, ou monomères. Les monomères peuvent ensuite être recombinés dans des plastiques de même type et de même qualité. Dans un processus appelé valorisation, les monomères sont combinés en différents matériaux ou produits chimiques aux qualités plus souhaitables, tels que des plastiques plus biodégradables que ceux produits à l’origine, ou des produits chimiques de grande valeur tels que la vanilline dans l’arôme de vanille (voir la figure 1).

Figure 1. Les enzymes décomposent le plastique pour le transformer en d’autres matériaux, tels que du plastique de même qualité, des produits chimiques de grande valeur ou des plastiques plus biodégradables.

Bien que certains microbes aient naturellement développé des enzymes qui peuvent décomposer certains plastiques, le processus dans la nature peut prendre des semaines ou plus. Pour faire du biorecyclage à l’échelle industrielle, les scientifiques peuvent modifier une enzyme naturelle ou la concevoir pour décomposer les plastiques plus rapidement, réduisant ainsi le temps nécessaire à une dégradation complète à quelques heures.

La recherche montre que le biorecyclage des plastiques peut éventuellement aider à développer une économie circulaire où les déchets plastiques sont continuellement incorporés dans de nouveaux produits. Selon les experts, une économie plus circulaire peut entraîner des avantages sociaux, économiques et environnementaux, notamment en réduisant la pollution plastique et la dépendance aux combustibles fossiles (voir figure 2).

Figure 2. Le biorecyclage et le recyclage chimique peuvent mieux soutenir un modèle d’économie circulaire que le recyclage mécanique, qui se traduit souvent par des plastiques de mauvaise qualité qui finissent dans des décharges.

Quelle est sa maturité ? Parmi les trois technologies de recyclage, le biorecyclage utilisant des enzymes modifiées est la moins mature. En 2016, l’intérêt pour le biorecyclage s’est accru après la découverte d’un nouveau type de bactérie capable de dégrader presque complètement le polyéthylène téréphtalate (PET), un plastique largement utilisé dans des produits tels que les bouteilles d’eau et les vêtements en polyester. L’ingénierie de ces enzymes augmente leur efficacité de dégradation.

La plupart des recherches sur le biorecyclage se sont concentrées sur le PET et le polyuréthane, en partie parce que leurs liaisons chimiques sont plus faciles à rompre. Les plastiques plus courants, y compris le polyéthylène (PE) et le polypropylène, utilisés respectivement pour les sacs à ordures et les conteneurs, ont des liaisons plus fortes et nécessitent plus d’énergie pour les décomposer. Cependant, les chercheurs ont trouvé des preuves préliminaires d’enzymes susceptibles d’aggraver l’EP.

Le GAO a précédemment signalé que le recyclage est généralement plus coûteux que la fabrication de nouveaux plastiques. Cependant, selon certains experts, la prévalence croissante des déchets plastiques continuera d’augmenter le coût pour la société. Par exemple, la recherche montre que la combustion de déchets plastiques a des effets négatifs sur la santé, tels que les maladies pulmonaires et cardiaques. À l’échelle mondiale, divers gouvernements et organisations explorent des technologies émergentes telles que le biorecyclage. Par exemple, un consortium de laboratoires soutenu par l’Union européenne et la Chine se concentre sur la recherche et le développement dans ce domaine. De plus, une entreprise basée en France a testé une usine de biorecyclage qui utilise des enzymes modifiées.

Aux États-Unis, les initiatives du ministère de l’Énergie comprennent un programme visant à accélérer l’innovation dans les technologies de recyclage du plastique. L’effort comprend l’aide d’autres agences telles que la National Science Foundation, le ministère de l’Agriculture, l’EPA et l’Institut national des normes et de la technologie, qui ont créé le programme d’économie circulaire, qui soutient la recherche sur l’utilisation d’enzymes pour décomposer le plastique. Le ministère de la Défense étudie également le biorecyclage pour l’élimination des déchets plastiques générés par les troupes déployées à l’étranger.

Les institutions qui espèrent s’engager dans le biorecyclage peuvent être confrontées à un paysage juridique complexe qui peut poser des défis pour la technologie émergente. Au niveau fédéral, selon la nature du processus, les aspects du biorecyclage ou les déchets pouvant résulter du processus peuvent être réglementés par diverses lois, notamment la Toxic Substances and Control Act de 1976, telle que modifiée; Loi de 1976 sur la conservation et la récupération des ressources ; et le Règlement sur les produits microbiens de la biotechnologie. En outre, les États, les organisations tribales, les municipalités et d’autres parties prenantes (par exemple, les organisations à but non lucratif, les entreprises et d’autres institutions) peuvent jouer un rôle important dans la réglementation ou la promotion du recyclage aux États-Unis.

Opportunités

  • Avantages économiques, environnementaux et sanitaires. Le biorecyclage des plastiques peut aider à développer une économie circulaire en transformant les déchets en produits plus utiles, réduisant ainsi la dépendance aux combustibles fossiles pour les nouveaux plastiques. De plus, les méthodes de recyclage émergentes peuvent aider à réduire les effets négatifs sur la santé de l’incinération des déchets plastiques.
  • Efficacité du traitement. Le biorecyclage ne nécessite pas le même niveau de tri des déchets plastiques par rapport au recyclage mécanique, gain de temps et d’argent. Il utilise également moins d’énergie que les méthodes de recyclage mécaniques et certaines méthodes chimiques.

Défis

  • Coûts de mise en œuvre. Le recyclage des plastiques est généralement plus coûteux que la création de nouveaux plastiques. En outre, les entreprises peuvent faire face à des coûts de démarrage élevés pour développer une installation de biorecyclage.
  • Application limitée. Les enzymes identifiées par les chercheurs se limitent actuellement à décomposer seulement quelques types de plastique.
  • Lacunes de connaissances. Des recherches sont nécessaires pour faire face aux conséquences imprévues du biorecyclage. Par exemple, les chercheurs n’ont pas évalué les risques que les enzymes modifiées pourraient poser si elles étaient rejetées dans l’environnement.

Contexte politique et questions

  • Quels aspects du biorecyclage peuvent être priorisés pour aider à réduire l’accumulation de déchets plastiques et ses impacts économiques et environnementaux ?
  • Dans quelle mesure les lois et réglementations existantes répondent-elles de manière adéquate aux préoccupations concernant l’utilisation industrielle d’enzymes modifiées pour le biorecyclage tout en permettant leur développement ?
  • Quelles mesures le gouvernement fédéral, les États, les municipalités et les autres parties prenantes peuvent-ils prendre s’ils souhaitent soutenir ou mettre en œuvre des politiques efficaces de biorecyclage des déchets plastiques ?

Pour plus d’informations, contactez Karen Howard au 202-512-6888 ou HowardK@gao.gov.

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