Pyrolyse : un système alternatif de recyclage du plastique
Le recyclage mécanique traditionnel repose sur la fusion et la transformation du plastique en d'autres éléments. Cependant, pour ce faire, les matériaux doivent être triés par polymère et par couleur, ce qui peut s'avérer très coûteux pour l'industrie. La présence de contaminants peut entraîner la dégradation des polymères et produire des matériaux aux propriétés inégales, inutilisables pour l'industrie du recyclage. Un autre problème est que les films minces ne sont généralement pas collectés dans les filières classiques de recyclage mécanique, car ils sont difficiles à recycler. Il serait utile de trouver d'autres filières de recyclage capables de gérer les films plastiques minces. Face à la demande croissante, le recyclage mécanique seul ne peut pas être assuré (figure 1, illustration d'une installation de recyclage mécanique traditionnelle).
Figure 1 : Usine de recyclage mécanique
La pyrolyse est un procédé thermochimique alternatif de décomposition des déchets plastiques à haute température et en faible quantité d'oxygène. Cette méthode produit de l'huile de pyrolyse, qui peut servir de combustible pour la fabrication de nouveaux produits plastiques1. Elle remplace les combustibles fossiles pour la production de plastique. L'hydrogène gazeux, très demandé par l'industrie des combustibles hydrogène2, est l'un des produits de la pyrolyse du plastique.
Pour obtenir un produit de qualité, apte à être commercialisé, certains seuils doivent être pris en compte pour chaque type de plastique et ses contaminants1. La matière première destinée au recyclage par pyrolyse doit être soigneusement triée et exempte de toute contamination, autant que possible. Tous les articles doivent être exempts de contenu et de liquides fluides, et doivent être rincés correctement. Les recommandations générales sont d'avoir un minimum de 85 % de polyéthylène (LDPY, HDPE) et de polypropylène (PP). La teneur en humidité ne doit pas dépasser 7 % et la contamination totale ne doit pas dépasser 15 %. Il s'agit du pourcentage maximal total de contaminants, mais des limites s'appliquent également à chaque contaminant. Celles-ci sont listées ci-dessous.
- PVC: PVC : 1
- PET/PVOH/Nylon : 5 %
- PS : 7 %
- Métal rigide/verre/saleté : 7 %
- Papier/organique : 10 %
La figure 2 montre une installation de recyclage par pyrolyse
Figure 2 : Usine de pyrolyse
Il existe essentiellement trois principaux produits de la pyrolyse du plastique qui sont :
- Huile de pyrolyse
- Noir de carbone
- gaz non condensable
Chacun de ces produits et leur utilisation sont décrits ci-dessous :
Huile de pyrolyse plastique
L'huile de pyrolyse est le principal produit issu de la pyrolyse du plastique. Elle peut être utilisée dans les moteurs à turbine, les chaudières industrielles et les machines à régime fixe comme les générateurs. Elle peut également être transformée en carburant diesel, utilisable dans les véhicules diesel. Ce procédé permet de réduire les déchets plastiques et de produire du carburant, une situation gagnant-gagnant.
Noir de carbone
Le produit principal de la pyrolyse du plastique est le noir de carbone, une poudre noire. Cette poudre peut être transformée en granulés pouvant être brûlés comme le charbon. Il est déconseillé de le faire, car le charbon est reconnu comme l'un des combustibles les plus polluants et générant des gaz à effet de serre. Cependant, si des systèmes de captage et de séquestration du carbone (CSC) sont en place, il peut être utilisé comme combustible. Il est également possible de fabriquer de nouveaux types de plastiques à partir de noir de carbone, une application très utile.
gaz non condensable
Ce gaz, produit de la pyrolyse, peut être réutilisé dans le processus de pyrolyse et est essentiellement utilisé comme énergie recyclée.
Les opérateurs de recyclage par pyrolyse ont besoin de matières premières en polypropylène (PP) et polyéthylène (PE) bien triées, propres et hautement homogènes (référence 1). C'est là que la spectroscopie proche infrarouge peut les aider à trier différents plastiques. ASP laser Inc. propose le spectromètre Nirvascan, capable de mesurer le spectre de réflectance d'un plastique dans la plage de 900 à 1 700 nm, ainsi que dans d'autres plages étendues (1 350 à 2 150 nm et 1 600 à 2 400 nm). La réflectance peut être convertie en absorption et, grâce à un modèle de classification tel que l'analyse discriminante linéaire, différents types de plastiques peuvent être triés. La figure 3 illustre une mesure typique de la réflectance d'un plastique à l'aide du modèle de réflectance Nirvascan.
Figure 3 : Mesure du Nirvascan à partir d'un plastique PVC
La mesure de l'absorption du Nirvascan peut être transformée en un modèle d'analyse discriminante linéaire (ADL) capable de distinguer différents types de plastique. La figure 4 illustre le modèle ADL.
Figure 4 : Modèle LDA de différents plastiques
Il convient de préciser que le modèle LDA ci-dessus a été généré à partir des mesures du Nirvascan à plage étendue, avec une gamme spectrale de 1 350 à 2 150 nm, et non du modèle standard, fonctionnant dans la gamme de 900 à 1 700 nm. La raison en est la distinction entre le PEHD et le PEBD, qui n'est possible qu'à des longueurs d'onde légèrement supérieures à 1 700 nm, ce qui n'est pas couvert par le Nirvascan standard, contrairement à la version étendue.
Pour résumer, la pyrolyse atteint deux objectifs : réduire les déchets plastiques et générer de nouveaux plastiques ou du carburant à partir de matériaux recyclés.
Références
1- Lignes directrices sur la qualité des matières premières pour la pyrolyse des déchets plastiques, Eunomia, août 2022.
2- Faisabilité de la gazéification de déchets plastiques mixtes pour la production d'hydrogène et la capture et le stockage du carbone, K.Lan, et.al, communications, Terre et environnement 2022.
4- Photo de couverture : https://www.plastictooilmachine.com/FAQ/products_of_waste_plastic_pyrolysis_plant140.html
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