Un procédé de lavage innovant pour un recyclat de haute qualité
UGent ouvre une usine pilote Clarify
Le règlement relatif aux emballages et aux déchets d'emballages (PPWR) exige déjà une plus grande proportion de matières recyclées dans tous les emballages d'ici à 2030. Malheureusement, la pratique est à la traîne par rapport à la réglementation. Aujourd'hui, il n'y a tout simplement pas assez de recyclats disponibles pour respecter les obligations, surtout en ce qui concerne les films d'emballage. La raison principale? Le processus de recyclage ne parvient pas à éliminer tous les contaminants. UGent a cherché et trouvé une solution pour résoudre ce problème. Avec la toute nouvelle ligne pilote Clarify, il est désormais possible d'appliquer et d'affiner à plus grande échelle cette technologie révolutionnaire, qui a été testée en laboratoire.
Première mondiale
Avec 'Clarify', UGent inscrit une première mondiale à son nom. Plus encore, la recherche et la ligne pilote pourraient bien placer notre pays en "pole position" de la course au recyclage. C'est un bel exemple de concours de circonstances inattendu. Le capitaine du navire, le Prof. ing. Steven De Meester, n'aspirait pas à une carrière universitaire et certainement pas à la recherche sur le recyclage. Après avoir étudié la bio-ingénierie, il a travaillé pendant plusieurs années comme chef de projet dans une entreprise de construction de digesteurs. "Le fait d'être au milieu des déchets m'a donné l'idée que la technologie de séparation est nécessaire pour le recyclage, et certainement pour le recyclage des plastiques", explique-t-il.
"J'ai commencé à étudier les processus et j'ai découvert que la séparation des déchets plastiques devait se faire à plusieurs niveaux. Au niveau du produit, le secteur peut déjà présenter de très bons résultats: la Belgique joue même un rôle de premier plan dans la collecte et le tri. Au niveau secondaire - la séparation des polymères - nous sommes également très avancés. Mais c'est au niveau tertiaire que le bât blesse: l'élimination des encres, des odeurs, des colles et des additifs s'avère impossible, mais à moindre coût. Or, c'est exactement ce qu'il faut pour obtenir un recyclat de haute qualité, utilisable comme matière première pour les emballages susceptibles d'entrer en contact avec des denrées alimentaires ou des produits pharmaceutiques. Lorsqu'un poste s'est libéré sur le campus de l'UGent à Courtrai en 2015, j'ai sauté sur l'occasion. Dans le but de créer un groupe de recherche qui se concentrerait sur cette question. Et apparemment, l'université a vu quelque chose dans mes idées, car j'ai obtenu le poste."
Quatre pistes de recherche
Steven De Meester a eu l'occasion de concrétiser ses projets et les a exploités au maximum. Aujourd'hui, au sein du LCPE (Laboratory for Circular Process Engineering), il dirige une trentaine de chercheurs travaillant autour de quatre thèmes. Un premier pilier est l'analyse chimique des flux de déchets solides: recherche sur les types et les quantités de molécules, les types de flux de matériaux et la manière d'intégrer une nouvelle technologie dans le système de recyclage de manière rentable.
Une deuxième discipline se concentre sur une nouvelle technologie de lavage des plastiques séparés afin d'éliminer les odeurs, les encres et les contaminants absorbés. Un troisième domaine de recherche concerne le "recyclage par dissolution", qui consiste à liquéfier les polymères pour en éliminer les impuretés. Steven De Meester: "Nous visons ainsi à purifier les plastiques à partir de flux de déchets mixtes pour obtenir une qualité de nouveaux plastiques". Enfin, des recherches sont menées sur le retraitement des produits de dépolymérisation."
Une solution rentable
Au fil des ans, la LCPE a obtenu des résultats spectaculaires en matière de lavage des déchets plastiques. Le secteur en est très reconnaissant à UGent. Avec le nouveau PPRW, la demande de recyclats de haute qualité augmente de manière exponentielle, et cela ne changera pas dans les années à venir, bien au contraire. Toute nouvelle technologie permettant d'optimiser le processus de recyclage est donc la bienvenue. Et ce que le groupe de recherche a développé est particulièrement intéressant car il s'agit d'une solution beaucoup plus efficace et moins chère que ce qui existe déjà sur le marché.
Steven De Meester explique: "Les solutions mécaniques sont insuffisantes pour éliminer les contaminants. Les matériaux recyclés, en particulier les films, conservent une certaine couleur, une certaine odeur et des contaminations. Il est donc difficile de l'imprimer qualitativement et il n'est certainement pas utilisable comme matière première pour les emballages alimentaires. La pyrolyse est une technique qui peut résoudre ce problème, mais elle est très coûteuse et n'est donc abordable qu'à très grande échelle. Notre technologie combine le meilleur des deux mondes: le résultat est optimal, le coût est relativement faible et la solution est déjà économiquement viable pour des volumes de 20 à 30 000 tonnes par an."
Un nettoyage en profondeur
En termes simples, la technologie consiste à laver les fractions de plastique séparées avec un mélange de solvants. "Il s'agit d'une étape du processus qui se produit de toute façon pendant le recyclage, mais simplement avec de l'eau et des détergents", explique Steven De Meester. "Notre méthode est une méthode de nettoyage plus approfondie qui garantit la disparition effective de l'odeur, de l'encre et des adhésifs. Le résultat est un polymère presque entièrement pur, parfaitement réutilisable comme matière première de haute qualité pour de nouveaux emballages qui doivent être imprimés et même entrer en contact direct avec des produits alimentaires."
Une montée en gamme nécessaire
Le lavage aux solvants nécessite une installation spécifique. Jusqu'à présent, le groupe de recherche a expérimenté à l'échelle du laboratoire avec de petits réacteurs de cinq litres. "Or, le soufflage d'un nouveau film nécessite au moins vingt kilogrammes de matière première", explique Steven De Meester. "L'investissement dans des réacteurs plus grands était donc indispensable pour poursuivre nos recherches et déterminer si la technologie pouvait être déployée à l'échelle industrielle. Nous avons donc conçu le projet de construction d'une usine pilote. Grâce à l'aide de Catalisti et du projet R3PACK du FEDER - avec le soutien financier de Vlaio (via le programme catalisti moonshot), du FEDER et de la province/POM de Flandre occidentale - nous avons pu mettre ces idées en pratique."
Comment fonctionne "Clarify"?
Construit sur le campus de Courtrai de l'Université de Gand, "Clarify" se compose de deux réacteurs d'une capacité de quarante litres. "Dans le premier, nous mélangeons des morceaux réduits de déchets plastiques avec des solvants", explique Steven De Meester. "Cela se fait à très grande vitesse, ce qui crée une friction entre le milieu et les particules elles-mêmes. Cela accélère la disparition des odeurs, des encres et des colles. Le milieu est ensuite pompé vers le deuxième réacteur, où il est purifié. Il s'agit d'un circuit fermé dans lequel les solvants sont constamment réutilisés: une solution respectueuse de l'environnement et du budget. Ce réacteur est également utilisé pour sécher les pièces de plastique traitées ou pour leur faire subir un lavage supplémentaire. Enfin, le recyclat est extrudé sous forme de granulés qui sont ensuite dégazés afin de garantir qu'aucun résidu de solvant ne subsiste."
Combiné à un marquage à l'eau
Il est intéressant de noter que l'installation pilote est également liée à la recherche sur l'intégration de filigranes dans les emballages. "Pepsico, entre autres, le fait déjà, en concertation avec Fostplus, pour certains sachets de chips", explique Steven De Meester. "L'idée est de pouvoir trier facilement ces emballages du flux de déchets dans les centres de tri, de les recycler séparément et de les utiliser ensuite comme matière première pour le même emballage. Cette méthode de travail permet de prouver facilement que le produit recyclé est en contact avec les aliments. Ce tri suivi, combiné à notre type de technologie, est à mon avis la meilleure opportunité pour l'industrie de fournir la quantité requise de recyclat pour les films alimentaires d'ici 2030 - l'échéance du PPWR - sans investissements considérables."
Pour tous les types de déchets plastiques
Bien entendu, la LCPE doit encore convaincre l'industrie que la solution fonctionne réellement. Steven De Meester: "C'est précisément la principale raison d'être de "Clarify". Les entreprises peuvent désormais tester notre technologie à une échelle telle qu'elles disposent de suffisamment de produits recyclés pour souffler ou étirer de nouveaux films. Logiquement, nous devrons encore procéder à quelques ajustements, ce qui est normal lorsque l'on développe la recherche en laboratoire. Néanmoins, nous sommes convaincus que nous serons en mesure de proposer une technologie parfaitement opérationnelle d'ici trois ans. En tout cas, l'intérêt est déjà très grand et - à peine trois mois après l'ouverture - plusieurs entreprises font déjà des projets tests. Nous sommes également à un stade de négociation avancé avec un constructeur de machines qui souhaite construire et commercialiser une ligne de lavage de solvants à l'échelle industrielle. Enfin, je tiens à préciser que si nous nous concentrons actuellement principalement sur les films, l'installation pilote est également parfaitement utilisable pour d'autres types d'emballages: des barquettes en PET, des cartons à boissons et des plastiques durs via le recyclage par dissolution, jusqu'à des applications en dehors du secteur de l'emballage, telles que l'électronique, les matériaux de construction ..."
Photos: UGent
