Les écologistes se concentrent sur les plastiques « toxiques »

Claire Goldsberry | 29 mars 2021

Il y a plusieurs années, l'Université du Minnesota (UMN) a obtenu un brevet américain pour ses plastiques à base de lignine à haute résistance (20140254, Dr Simo Sarkanen), une nouvelle génération de plastiques à base de lignine qui présentent une "très haute teneur en lignine et présentent des propriétés comparables - ou même supérieures - propriétés par rapport au PMMA (polyméthacrylate de méthyle) et au polystyrène (PS) conventionnels. Ces matériaux polymères innovants contiennent au moins 80 % de lignine et sont principalement composés de sulfonate de lignine méthylé ou non », a déclaré l'UMN.

À cette époque, les plastiques à base de lignine manquaient de propriétés mécaniques satisfaisantes et les procédés antérieurs avaient limité la quantité de lignine pouvant être incorporée, car ils présentaient une dégradation importante avec plus de 35 à 40 % de teneur en lignine. Les plastiques à haute teneur en lignine et les matériaux polymères ont montré une résistance à la traction prometteuse avec des formulations utilisant une teneur en lignine de 85 à 100 %.

Non seulement ces plastiques étaient plus résistants que les polymères actuels à base de lignine à l'époque, mais ils ajoutaient de la valeur aux industries du bioraffinage et de la pâte à papier qui produisent de la lignine en tant que sous-produit et la brûlaient le plus souvent pour sa valeur énergétique. L'UMN a déclaré que cette technologie "offre une voie pour réaliser une valeur commerciale significative à partir de la lignine sous la forme d'un nouveau plastique renouvelable".

En 2018, le Natural Resources Research Institute (NRRI) de l'UMN a annoncé une subvention de 3 millions de dollars du Département américain de l'agriculture à l'Initiative sur les produits du bois et la bioéconomie du NRRI pour libérer le potentiel de la lignine en tant que bioplastique renouvelable de grande valeur. L'objectif était de développer un procédé breveté qui sépare les composés de la paroi cellulaire d'un arbre - cellulose, hémicellulose et lignine - pour fabriquer un plastique pouvant remplacer le populaire acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). La lignine serait convertie en résine ABL (acrylonitrile-butadiène-lignine), d'une valeur d'environ 1,20 $ la livre, et concurrencerait directement l'ABS.

Le NRRI a affirmé que l'institut commencerait à développer des produits de revêtement composite à partir des espèces de peupliers hybrides à croissance rapide du Minnesota. D'ici trois ans, il était prévu de disposer de quantités suffisantes de résine à base de lignine pour démontrer ses propriétés. Ensuite, il a prévu de se diversifier sur le marché automobile et plus encore.

Fabriquer des plastiques à partir de bois est désormais tendance, poussé par la volonté de créer des plastiques biodégradables avec la résistance mécanique des plastiques d'origine fossile. Chaque semaine, je reçois plus de communiqués de presse sur des entreprises qui se tournent vers des alternatives à base de bois et de plantes au plastique. La semaine dernière, une nouvelle de Forest.fi, une agence de presse faisant la promotion du secteur forestier en Finlande, à propos d'un projet de remplacement du polystyrène et du papier bulle par des produits à base de bois. "Le projet est basé sur la biomimétique - un domaine qui émule les phénomènes naturels", a déclaré le professeur Mikko Alava, dans un communiqué de presse de l'Université Aalto. "Nous utilisons l'IA pour développer une mousse avec des propriétés similaires au bois telles que la résistance, la flexibilité et la résistance à la chaleur."

Les chercheurs s'efforcent d'optimiser les propriétés de la mousse - un mélange de lignine, de fibre de bois et de laponite (nanargile) - qui peut être transformée en mousse résistante aux chocs et à la chaleur et utilisée à la place du plastique. La lignine, explique le reportage, est le "composé qui lie les fibres de bois ensemble. En tant que mousse séchée, elle est dure et résistante à l'eau et conduit même l'électricité".

Cette même méthode, selon les chercheurs, "peut être utilisée pour faire de la mousse à partir de poudre de carottes, d'airelles rouges, de canneberges ou de betteraves rouges, et qui peut ensuite être transformée en chips qui ressemblent à des chips de pommes de terre", a déclaré le chercheur Juha Kivisto.

PulPac, PA Consulting et Seismic Solutions ont récemment annoncé que ces sociétés avaient uni leurs forces pour remplacer les plastiques à usage unique par une nouvelle "technologie de fibre moulée à sec durable et abordable". PulPac a « lancé la technologie du moulage de la cellulose (pâte de bois), permettant aux clients de remplacer les plastiques à usage unique par une alternative durable et compétitive à l'échelle mondiale ».

Récemment, Ren Com AB a changé son nom pour Lignin Industries AB. L'entreprise suédoise produit Renol, un additif de lignine à base de pâte de bois qui agit comme un bio-additif pour les thermoplastiques vierges, notamment l'ABS, le PE, le PP et autres. Selon le site Web de Lignin Industries, 80 millions de tonnes de lignine, un sous-produit de l'industrie de la pâte à papier, sont transformées dans le monde, "ce qui en fait le plus grand sous-produit naturel sur terre. Aujourd'hui, 99 % de la lignine produite est brûlée pour sa valeur énergétique."

Le 18 mars était la Journée mondiale du recyclage et j'ai reçu un communiqué de presse du Conseil des produits à base de plantes (PBPC) qui promeut les produits à base de plantes fabriqués à partir de matériaux renouvelables, tels que les cultures agricoles et les déchets alimentaires. Ces produits à base de plantes sont également faciles à éliminer grâce au compostage et au recyclage, selon les informations. Les membres de PBPC comprennent PepsiCo, Sweetgreen Georgia-Pacific et de nombreuses autres petites et grandes entreprises.

L'utilisation du bois pour fabriquer des produits à base de papier tels que de nombreux articles à usage unique nécessaires pour les plats à emporter et les emballages pour l'expédition des produits, en plus de l'utilisation de granulés de bois à brûler comme combustible pour chauffer les maisons, signifie que nous aurons besoin d'un beaucoup d'arbres et d'autres plantes pour répondre au besoin de millions de produits.

Transformer des arbres en plastique devient également la chose à la mode au niveau universitaire. Yale et l'Université du Maryland viennent d'annoncer qu'une équipe de recherche, dirigée par Yuan Yao, professeur à la Yale School of the Environment (YSE), et Liangbing Hu de l'Université du Maryland, a créé un "bioplastique de haute qualité à partir de sous-produits du bois qui, espèrent-ils, pourra résoudre l'un des problèmes environnementaux les plus urgents au monde [les déchets plastiques]." Selon l'annonce, les efforts pour "passer des plastiques pétrochimiques aux plastiques renouvelables et biodégradables se sont avérés délicats - le processus de production peut nécessiter des produits chimiques toxiques et est coûteux, et la résistance mécanique et la stabilité à l'eau sont souvent insuffisantes". Cependant, ces chercheurs affirment avoir fait une "percée en utilisant des sous-produits du bois qui s'avère prometteuse pour produire des bioplastiques plus durables et durables".

Une étude publiée dans Nature Sustainability, co-écrite par Yao, décrit le processus de déconstruction de la matrice poreuse du bois naturel en une bouillie. Les chercheurs affirment que le matériau résultant présente une résistance mécanique élevée, une stabilité lors de la tenue de liquides et une résistance aux rayons UV. Il peut également être recyclé ou biodégradé en toute sécurité dans l'environnement naturel et a un impact environnemental sur son cycle de vie inférieur à celui des plastiques à base de pétrole et d'autres plastiques biodégradables.

"De nombreuses personnes ont essayé de développer ces types de polymères dans le plastique, mais les brins mécaniques ne sont pas assez bons pour remplacer les plastiques que nous utilisons actuellement, qui sont fabriqués principalement à partir de combustibles fossiles", a déclaré Yao. "Nous avons développé un procédé de fabrication simple et direct qui génère des plastiques à base de biomasse à partir du bois, mais aussi des plastiques qui offrent de bonnes propriétés mécaniques."

Ce nouveau plastique peut être utilisé pour fabriquer des films pour sacs et emballages en plastique ; il peut également être moulé sous différentes formes avec le "potentiel d'utilisation dans la fabrication automobile". Yao a mené une évaluation complète du cycle de vie pour tester l'impact environnemental du bioplastique par rapport aux plastiques courants. Des feuilles de bioplastique enfouies dans le sol se sont fracturées au bout de deux semaines et se sont complètement dégradées au bout de trois mois. Cependant, Yao n'a pas révélé l'épaisseur des feuilles utilisées. Les chercheurs ont déclaré que le bioplastique peut être décomposé en suspension par agitation mécanique, ce qui permet également le solvant eutectique profond (DES), une nouvelle classe de solvants formée en mélangeant du chlorure de choline (sel d'ammonium quaternaire avec caiton de choline et anion chlorure) avec donneurs de liaisons hydrogène à récupérer et à réutiliser.

Comme la plupart des nouveaux développements, la loi des conséquences imprévues est toujours en jeu. Bien que le processus utilise actuellement des sous-produits du bois tels que la sciure de bois provenant d'installations de transformation du bois, les chercheurs notent qu'ils sont "très conscients que la production à grande échelle pourrait nécessiter l'utilisation de quantités massives de bois, ce qui pourrait avoir des implications profondes sur les forêts, la gestion des terres, les écosystèmes et le changement climatique, pour n'en nommer que quelques-uns. » Yao a déclaré que l'équipe de recherche a déjà commencé à travailler avec un écologiste forestier pour créer des modèles de simulation forestière, reliant le cycle de croissance des forêts au processus de fabrication.

À un moment donné, toutes ces entreprises et universités qui essaient de fabriquer du "plastique" à partir de tout et n'importe quoi, à part le gaz naturel et le pétrole provenant de l'entrepôt naturel de biomasse ancienne, devront décider si l'utilisation de nouveaux arbres qui mettent des décennies à pousser et servent de carbone les puits en valent la peine. Au moins, nous avons la chance d'être dans une période interglaciaire au cours de laquelle le climat est plus chaud et l'augmentation du CO2 fournit aux arbres et aux plantes les nutriments nécessaires pour accélérer les taux de croissance.

C'est une bonne chose car Eastman, Eastman Foundation et Georgia Pacific (GP) Cellulose travaillent ensemble en coopération avec la Longleaf Alliance pour fournir 60 000 plants de pin des marais au parc d'État de Torreya, dans le nord-ouest de la Floride. Selon l'annonce, la collaboration en matière de conservation vise à "aider à protéger les écosystèmes forestiers, à soutenir les communautés fauniques délicates et à aider à réparer la planète pour les générations futures".

Le parc d'État de Torreya a été sélectionné en raison de la dévastation de la région par l'ouragan Michael en 2018. Selon la Florida Forestry Association, il y a 17 millions d'acres de terres forestières en Floride, couvrant près de la moitié de la superficie totale de l'État. L'industrie forestière contribue pour 25 milliards de dollars à l'économie de l'État, et 10 comtés dépendent économiquement de l'industrie forestière, selon l'annonce. De toute évidence, nous aurons besoin de plus de forêts pour répondre aux exigences du développement accru des plastiques à partir d'arbres et de plantes.

Les matériaux composites bois-plastique (WPC) sont aujourd'hui populaires pour les terrasses, les garde-corps, les clôtures et les parements. Ces matériaux utilisent des plastiques recyclés mélangés à de la sciure de bois et, au cours des deux dernières décennies, ils sont devenus des matériaux de construction populaires en raison de leurs avantages pratiquement sans entretien. Les WPC ont un rôle à jouer dans le respect de l'environnement et comme moyen d'utiliser les déchets de bois avec les déchets plastiques.

Jusqu'à présent, cependant, je n'ai trouvé aucune information indiquant si l'un des matériaux bioplastiques à base de lignine a été commercialisé à grande échelle pour les rendre économiquement compétitifs avec les plastiques traditionnels ou les composites bois-plastique conventionnels. Je suppose que la fabrication de ces matériaux à base de lignine n'est pas aussi rentable que les polymères traditionnels. Il faudra peut-être de nombreuses années avant que ceux-ci ne deviennent une alternative viable aux matériaux plastiques recyclables.

En fait, je dois vraiment remettre en question la sagesse d'utiliser des quantités massives d'arbres et de matières végétales pour fabriquer un bioplastique qui promet la biodégradabilité avec la résistance mécanique du plastique fossile, en particulier lorsque le taux de biodégradation réel de ces matériaux est discutable.

Où sont tous les « écolos » quand vous en avez besoin ?

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