PE et PET biosourcés : Transition vers le plastique vert
Porté par les objectifs doubles de contrôle de la pollution plastique mondiale et de l'objectif "double carbone", les plastiques biosourcés deviennent une direction importante pour remplacer les plastiques traditionnels à base de fossiles. Les plastiques traditionnels utilisent des ressources fossiles telles que le pétrole et le gaz naturel comme matières premières, ce qui non seulement aggrave la consommation d'énergie fossile, mais entraîne également une charge environnementale importante en raison de leurs caractéristiques difficiles à dégrader.
Les plastiques biosourcés utilisent la biomasse comme matière première et sont transformés en matériaux polymères grâce à la biotechnologie, montrant un grand potentiel pour réduire l'empreinte carbone et l'impact environnemental. Parmi eux, le polyéthylène biosourcé (PE) et le polyéthylène téréphtalate biosourcé (PET), en tant que versions vertes améliorées des plastiques traditionnels, ont atteint une production à grande échelle et une large application, devenant des produits de référence dans le domaine des matériaux biosourcés.
Le PE biosourcé est l'un des plastiques biosourcés les plus technologiquement matures et commercialement disponibles. Contrairement au PE traditionnel à base de fossiles, les matières premières du PE biosourcé proviennent de ressources de biomasse renouvelables telles que la canne à sucre, le maïs et le manioc.
Son processus de production convertit d'abord le sucre contenu dans la biomasse en éthanol par fermentation microbienne, puis génère du monomère d'éthylène par réaction de déshydratation, et enfin forme de la résine de polyéthylène par réaction de polymérisation. Prenons l'exemple du "PE vert" de Braskem au Brésil.
Il utilise l'éthanol de canne à sucre comme matière première. Chaque tonne de PE biosourcé produite peut réduire de 2,1 tonnes les émissions de dioxyde de carbone, ce qui équivaut à la fixation de carbone par la plantation de 3 arbres.
En termes de performance, le PE biosourcé est presque exactement le même que le PE traditionnel. Il possède une excellente flexibilité, une résistance chimique et une aptitude au traitement. Il peut être transformé en films, sacs d'emballage, films agricoles, tuyaux et autres produits grâce à des procédés conventionnels tels que le soufflage, le moulage par injection et l'extrusion. Dans le domaine de l'emballage, les films en PE biosourcé ont été utilisés dans l'emballage alimentaire, les sacs express et d'autres scénarios.
Ils peuvent non seulement répondre aux exigences fonctionnelles d'étanchéité et d'imperméabilité, mais aussi réduire la dépendance aux ressources fossiles grâce à l'innovation des matières premières ; dans le domaine agricole, les films agricoles en PE biosourcé peuvent réduire la pollution des films résiduels dans les champs et permettre le recyclage avec des systèmes de recyclage appropriés.
Le PET biosourcé est un autre type de plastique traditionnel biosourcé avec de larges perspectives commerciales. Le PET traditionnel est polymérisé à partir d'acide téréphtalique (PTA) et de glycol éthylène (EG), dont le glycol éthylène représente environ 30 % des matières premières totales. Le PET biosourcé est partiellement ou totalement biosourcé en remplaçant le glycol éthylène par des matières premières dérivées de la biomasse.
La technologie dominante actuelle utilise la biomasse telle que la canne à sucre et le maïs comme point de départ, génère de l'éthanol par fermentation, puis le convertit en glycol éthylène biosourcé par oxydation, hydrogénation et autres processus, et le polymérise avec du PTA traditionnel pour former du PET biosourcé.
Ce PET "partiellement biosourcé" est presque identique au PET traditionnel en termes de performance, conservant une excellente résistance mécanique, transparence et résistance chimique, ce qui lui permet d'être directement compatible avec les équipements de production de PET existants et les systèmes de recyclage.
Dans le domaine de l'emballage de boissons, des entreprises comme Coca-Cola et Danone ont lancé des bouteilles de boissons en PET contenant 30 % de matières premières biosourcées, qui non seulement répondent aux normes de sécurité pour le contact alimentaire, mais réduisent également les émissions de carbone d'environ 1/3 ; dans le domaine textile, les fibres en PET biosourcé sont utilisées pour fabriquer des vêtements et des produits textiles pour la maison. Non seulement elles offrent le même toucher que le polyester traditionnel, mais elles peuvent également augmenter la valeur ajoutée environnementale des produits grâce à la traçabilité des matières premières.
La valeur centrale du PE et du PET biosourcés réside dans le "cycle vert du carbone". L'empreinte carbone des plastiques traditionnels à base de fossiles s'étend sur tout leur cycle de vie : l'extraction des matières premières fossiles libère des gaz à effet de serre, le processus de transformation consomme beaucoup d'énergie, et l'incinération après élimination émet du dioxyde de carbone. Les matières premières des plastiques biosourcés proviennent de la biomasse fixée par la photosynthèse, qui absorbe du dioxyde de carbone pendant sa croissance.
Les émissions de carbone pendant le processus de production sont réduites de 30 % à 80 % par rapport aux processus traditionnels, formant un cycle vertueux de "la biomasse absorbe le carbone - les matériaux stockent le carbone - dégradation/recyclage après élimination", réduisant significativement l'impact négatif du changement climatique.
Actuellement, le PE et le PET biosourcés sont entrés dans une phase de développement à grande échelle. La capacité de production mondiale de PE biosourcé est principalement concentrée dans des pays riches en ressources agricoles comme le Brésil et les États-Unis, avec une capacité de production annuelle de plus d'un million de tonnes ; le PET biosourcé se développe rapidement en Asie et en Europe. Les entreprises chinoises ont réalisé l'industrialisation du glycol éthylène biosourcé grâce à des percées technologiques, favorisant l'application du PET biosourcé dans les domaines de l'emballage et du textile.
Cependant, ce domaine fait encore face à de multiples défis : en termes d'approvisionnement en matières premières, les matières premières de biomasse sont fortement influencées par le climat et la région, et un approvisionnement à grande échelle nécessite la mise en place d'un système stable de plantation et de stockage agricoles ; en termes de coût, le processus de production des monomères biosourcés est complexe, et le prix actuel est encore plus élevé que celui des matières premières fossiles, nécessitant des subventions politiques et des innovations technologiques pour réduire les coûts ; en termes de système de recyclage, les plastiques biosourcés ont des structures chimiques similaires à celles des plastiques traditionnels, et la technologie de "recyclage chimique" doit être améliorée pour éviter de se mélanger au système de recyclage traditionnel et d'affecter la qualité des produits recyclés.
Il est important de noter que plastiques biosourcés ≠ plastiques dégradables. Les propriétés biosourcées du PE et du PET biosourcés se reflètent uniquement dans la source des matières premières. Leur structure chimique est cohérente avec celle du PE et du PET traditionnels. Ils sont également difficiles à dégrader dans l'environnement naturel et doivent entrer dans le système de recyclage par des méthodes telles que le recyclage mécanique, le recyclage chimique et autres.
Cette "séparation des propriétés" exige des consommateurs et de l'industrie une compréhension claire que la valeur environnementale des plastiques biosourcés réside dans la réduction de la dépendance aux fossiles et des émissions de carbone, plutôt que dans la résolution du problème de la dégradation des déchets plastiques, et doit être promue en coordination avec la construction de systèmes de tri et de recyclage des déchets.
Avec les avancées de la biotechnologie et l'augmentation des politiques bas carbone, le PE et le PET biosourcés passent des "concepts verts" aux "besoins industriels incontournables".
À l'avenir, grâce à l'édition génétique pour optimiser le rendement des matières premières de biomasse, au développement de technologies catalytiques efficaces pour réduire la consommation d'énergie de conversion, et à la construction d'un modèle collaboratif de chaîne industrielle complète "plantation de biomasse - production de matériaux - recyclage et régénération", les plastiques traditionnels biosourcés remplaceront à grande échelle les plastiques à base de fossiles dans les domaines de l'emballage, du textile, de l'agriculture et autres, injectant une force motrice essentielle au développement durable de l'industrie mondiale des plastiques.
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