Frontiers in Energy Research

Introduction

La production et la consommation de déchets plastiques augmentent à un rythme alarmant, avec l’augmentation de la population humaine, la croissance économique rapide, l’urbanisation continue et les changements de style de vie. De plus, la courte durée de vie du plastique accélère la production de déchets plastiques au quotidien. La production mondiale de plastique a été estimée à environ 300 millions de tonnes par an et ne cesse d’augmenter chaque année (Miandad et al., 2016a ; Ratnasari et al., 2017). Les plastiques sont composés d’hydrocarbures pétrochimiques avec des additifs tels que des retardateurs de flamme, des stabilisateurs et des oxydants qui les rendent difficiles à biodégrader (Ma et al., 2017). Le recyclage des déchets plastiques s’effectue de différentes manières, mais dans la plupart des pays en développement, l’élimination à ciel ouvert ou en décharge est une pratique courante pour la gestion des déchets plastiques (Gandidi et al., 2018). L’élimination des déchets plastiques dans les décharges fournit un habitat aux insectes et aux rongeurs, qui peuvent causer différents types de maladies (Alexandra, 2012). En outre, le coût du transport, de la main-d’œuvre et de la maintenance peut augmenter le coût des projets de recyclage (Gandidi et al., 2018). En outre, en raison de l’urbanisation rapide, les terrains disponibles pour les décharges, en particulier dans les villes, se réduisent. La pyrolyse est une technique courante utilisée pour convertir les déchets plastiques en énergie, sous forme de combustibles solides, liquides et gazeux.

La pyrolyse est la dégradation thermique des déchets plastiques à différentes températures (300-900°C), en l’absence d’oxygène, pour produire de l’huile liquide (Rehan et al., 2017). Différents types de catalyseurs sont utilisés pour améliorer le processus de pyrolyse des déchets plastiques dans son ensemble et pour améliorer l’efficacité du processus. Les catalyseurs ont un rôle très critique dans la promotion de l’efficacité du processus, en ciblant la réaction spécifique et en réduisant la température et le temps du processus (Serrano et al., 2012 ; Ratnasari et al., 2017). Une large gamme de catalyseurs a été employée dans les procédés de pyrolyse des plastiques, mais les catalyseurs les plus utilisés sont la ZSM-5, la zéolite, la zéolite Y, le FCC et la MCM-41 (Ratnasari et al., 2017). La réaction catalytique pendant la pyrolyse des déchets plastiques sur des catalyseurs acides solides peut inclure des réactions de craquage, d’oligomérisation, de cyclisation, d’aromatisation et d’isomérisation (Serrano et al., 2012).

Plusieurs études ont rapporté l’utilisation de catalyseurs microporeux et mésoporeux pour la conversion des déchets plastiques en huile liquide et en charbon. Uemichi et al. (1998) ont réalisé la pyrolyse catalytique du polyéthylène (PE) avec des catalyseurs HZSM-5. L’utilisation de HZSM-5 a augmenté la production d’huile liquide avec la composition de composés aromatiques et isoalcanes. Gaca et al. (2008) ont effectué la pyrolyse de déchets plastiques avec des catalyseurs MCM-41 et HZSM-5 modifiés et ont rapporté que l’utilisation de HZSM-5 produisait des hydrocarbures plus légers (C3-C4) avec un maximum de composés aromatiques. Lin et al. (2004) ont utilisé différents types de catalyseurs et ont rapporté que même le mélange de HZSM-5 avec SiO2-Al2O3 mésoporeux ou MCM-41 a conduit à la production maximale d’huile liquide avec une production minimale de gaz. Aguado et al. (1997) ont rapporté la production de composés aromatiques et aliphatiques à partir de la pyrolyse catalytique du PE avec HZSM-5, tandis que l’utilisation de MCM-41 mésoporeux a diminué les composés aromatiques produits en raison de sa faible activité catalytique acide. L’utilisation de catalyseurs synthétiques a amélioré le processus global de pyrolyse et la qualité de l’huile liquide produite. Cependant, l’utilisation de catalyseurs synthétiques a augmenté le coût du processus de pyrolyse.

Les catalyseurs NZ peuvent être utilisés pour surmonter les défis économiques de la pyrolyse catalytique qui vient avec l’utilisation de catalyseurs coûteux. Ces dernières années, la NZ a suscité une grande attention pour ses applications environnementales potentielles. On trouve naturellement la NZ au Japon, aux États-Unis, à Cuba, en Indonésie, en Hongrie, en Italie et au Royaume d’Arabie saoudite (KSA) (Sriningsih et al., 2014 ; Nizami et al., 2016). Le gisement de NZ en KSA se trouve principalement à Harrat Shama et Jabbal Shama et contient principalement des minéraux de mordénite avec une stabilité thermique élevée, ce qui le rend approprié comme catalyseur dans la pyrolyse des déchets plastiques. Sriningsih et al. (2014) ont modifié la NZ de Sukabumi, en Indonésie, en déposant des métaux de transition tels que Ni, Co et Mo et ont effectué la pyrolyse du polyéthylène basse densité (LDPE). Gandidi et al. (2018) ont utilisé la NZ de Lampung, en Indonésie, pour la pyrolyse catalytique des déchets solides municipaux.

Cette étude est la première à examiner l’effet de la zéolite naturelle saoudienne modifiée, sur la qualité du produit et le rendement de la pyrolyse catalytique des déchets plastiques. Le catalyseur zéolithe naturelle saoudienne a été modifié via une nouvelle activation thermique (TA-NZ) à 550°C et une activation acide (AA-NZ) avec HNO3 pour améliorer ses propriétés catalytiques. La pyrolyse catalytique de différents types de déchets plastiques (PS, PE, PP et PET), seuls ou mélangés en différents ratios, en présence de catalyseurs zéolitiques naturels modifiés (NZ) dans un petit réacteur de pyrolyse à l’échelle pilote, a été réalisée pour la première fois. La qualité et le rendement des produits de pyrolyse tels que l’huile liquide, le gaz et le charbon ont été étudiés. La composition chimique de l’huile liquide a été analysée par GC-MS. En outre, le potentiel et les défis des bioraffineries basées sur la pyrolyse ont été discutés.

Matériaux et méthodes

Préparation de la charge d’alimentation et démarrage du réacteur

Les déchets plastiques utilisés comme charge d’alimentation dans le processus de pyrolyse catalytique ont été collectés à Jeddah et comprenaient des sacs d’épicerie, des tasses et des assiettes à jus jetables et des bouteilles d’eau potable, qui sont constitués de plastiques de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP), de polystyrène (PS) et de polyéthylène téréphtalate (PET), respectivement. La sélection de ces matières plastiques a été faite sur la base du fait qu’elles constituent la principale source de déchets plastiques produits en Arabie Saoudite. Pour obtenir un mélange homogène, tous les échantillons de déchets ont été broyés en petits morceaux d’environ 2 cm2. La pyrolyse catalytique a été réalisée en utilisant un individu ou un mélange de ces déchets plastiques dans différents ratios (Tableau 1). 1000 g de matière première ont été utilisés, avec 100 g de catalyseur dans chaque expérience. La zéolithe naturelle saoudienne (NZ), collectée à Harrat-Shama situé au nord-ouest de la ville de Jeddah, KSA (Nizami et al., 2016), a été modifiée par traitement thermique et acide et utilisée dans ces expériences de pyrolyse catalytique. La NZ a été broyée en poudre (<100 nm) dans un broyeur à billes (Retsch MM 480) pendant 3 h en utilisant 20 Hz/sec, avant sa modification et son utilisation dans la pyrolyse. Pour l’activation thermique (TA), la NZ a été chauffée dans un four à moufle à 550°C pendant 5 h, tandis que pour l’activation acide (AA), la NZ a été trempée dans une solution 0.1 M d’acide nitrique (HNO3) pendant 48 h et continuellement agitée à l’aide d’un agitateur numérique IKA HS 501 à 50 rpm. Ensuite, l’échantillon a été lavé avec de l’eau désionisée jusqu’à l’obtention d’un pH normal.

Les expériences ont été réalisées dans un petit réacteur de pyrolyse à échelle pilote à 450°C, en utilisant une vitesse de chauffage de 10°C/min et un temps de réaction de 75 min (Figure 1). Le rendement obtenu de chaque produit de pyrolyse a été calculé sur la base du poids, après l’achèvement de chaque expérience. La caractérisation de l’huile liquide produite a été effectuée pour étudier l’effet de la composition de la charge sur la qualité de l’huile liquide produite en présence de la NZ modifiée. Le TGA a été effectué sur la charge d’alimentation pour obtenir les conditions optimales du processus telles que la température et le temps de réaction (75 min) dans des conditions contrôlées. Dans le TGA, une quantité de 10 μg de chaque type de déchets plastiques a été prélevée et chauffée avec un taux de 10°C de 25 à 900°C sous un flux continu d’azote (50 ml/min). Les auteurs de cette étude ont récemment publié des travaux sur l’effet de la composition de la charge d’alimentation et des catalyseurs zéolithiques naturels et synthétiques sans modification du catalyseur sur différents types de déchets plastiques (Miandad et al., 2017b ; Rehan et al., 2017).

Mise en place expérimentale

Le petit réacteur à l’échelle pilote a la capacité d’être utilisé à la fois comme une pyrolyse thermique et catalytique, en utilisant différentes matières premières telles que les matières plastiques et la biomasse (Figure 1). Dans cette étude, des catalyseurs NZ modifiés ont été ajoutés dans le réacteur avec la matière première. Le réacteur de pyrolyse peut contenir jusqu’à 20 L de matière première et la température maximale de travail sûre de 600°C peut être atteinte avec les taux de chauffage souhaités. Les paramètres détaillés du réacteur de pyrolyse ont été publiés précédemment (Miandad et al., 2016b, 2017b). Lorsque la température augmente au-delà de certaines valeurs, les déchets plastiques (polymères organiques) se transforment en monomères qui sont transférés vers le condenseur, où ces vapeurs sont condensées en huile liquide. Un système de condensation continu utilisant un bain-marie et un liquide de refroidissement ACDelco Classic a été utilisé pour garantir que la température de condensation soit maintenue en dessous de 10°C, et pour assurer la condensation maximale de la vapeur en huile liquide. L’huile liquide produite a été recueillie dans le réservoir de collecte d’huile, et une caractérisation supplémentaire a été effectuée pour découvrir sa composition chimique et ses caractéristiques pour d’autres applications potentielles.

Méthodes analytiques

L’huile de pyrolyse a été caractérisée en utilisant différentes techniques telles que la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrophotométrie de masse (GC-MS), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR),

Calorimètre à bombe et TGA (Mettler Toledo TGA/SDTA851) en adoptant les méthodes standard ASTM. Les groupes fonctionnels dans l’huile de pyrolyse ont été analysés par un instrument FT-IR, Perkin Elmer’s, UK. L’analyse FT-IR a été réalisée en utilisant un minimum de 32 balayages avec une moyenne de 4 signaux IR cm-1 dans la gamme de fréquences de 500-4 000 cm-1.

La composition chimique de l’huile a été étudiée en utilisant un GC-MS (Shimadzu QP-Plus 2010) avec un détecteur FI. Une colonne GC capillaire de 30 m de long et de 0,25 mm de large revêtue d’un film de 0,25 μm d’épaisseur de 5 % de phényl-méthylpolysiloxane (HP-5) a été utilisée. Le four a été réglé à 50°C pendant 2 min, puis augmenté jusqu’à 290°C en utilisant une vitesse de chauffage de 5°C/min. La température de la source d’ions et de la ligne de transfert a été maintenue à 230, et 300°C et l’injection sans division a été appliquée à 290°C. La bibliothèque de données de spectres de masse NIST08s a été utilisée pour identifier les pics chromatographiques, et les pourcentages de pics ont été évalués en fonction de la surface totale des pics du chromatogramme d’ions (TIC). Les pouvoirs calorifiques élevés (HHV) de l’huile liquide produite obtenue à partir de différents types de déchets plastiques ont été mesurés selon la méthode standard ASTM D 240 avec un calorimètre à bombe (Parr 6200 Calorimeter), tandis que la production de gaz a été estimée en utilisant la formule standard de bilan massique, en considérant la différence de poids de l’huile liquide et du charbon.

Résultats et discussion

Analyse AGT de la matière première

L’AGT a été réalisée pour chaque type de déchets plastiques sur une base individuelle afin de déterminer la température optimale pour la dégradation thermique. Tous les types de déchets plastiques montrent un comportement de dégradation similaire avec la perte rapide de poids des hydrocarbures dans la gamme étroite de température (150-250°C) (Figure 2). La dégradation maximale pour chaque type de déchets plastiques a été atteinte entre 420 et 490°C. Le PS et le PP ont montré une décomposition en une seule étape, tandis que le PE et le PET ont montré une décomposition en deux étapes dans des conditions contrôlées. La décomposition en une seule étape correspond à la présence d’une liaison carbone-carbone qui favorise le mécanisme de scission aléatoire avec l’augmentation de la température (Kim et al., 2006). La dégradation du PP a commencé à une température très basse (240°C) par rapport aux autres matières premières. La moitié du carbone présent dans la chaîne du PP est constituée de carbone tertiaire, ce qui favorise la formation de carbocation pendant son processus de dégradation thermique (Jung et al., 2010). C’est probablement la raison pour laquelle on obtient une dégradation maximale du PP à une température plus basse. La dégradation initiale du PS a commencé à 330°C et la dégradation maximale a été atteinte à 470°C. Le PS a une structure cyclique, et sa dégradation sous la condition thermique implique à la fois la scission de la chaîne aléatoire et de la chaîne terminale, ce qui améliore son processus de dégradation (Demirbas, 2004 ; Lee, 2012).

Le PE et le PET ont montré un processus de décomposition en deux étapes ; la dégradation initiale a commencé à des températures plus basses, suivie de l’autre étape de dégradation à une température plus élevée. La dégradation initiale du PEs a commencé à 270°C et s’est propagée lentement mais progressivement jusqu’à ce que la température atteigne 385°C. Après cette température, une forte dégradation a été observée, et une dégradation de 95% a été atteinte avec une augmentation supplémentaire d’environ 100°C. Un schéma de dégradation similaire en deux étapes a été observé pour le plastique PET et la dégradation initiale a commencé à 400°C avec une forte diminution de la perte de poids. Cependant, la seconde dégradation a commencé à une température légèrement plus élevée (550°C). La dégradation initiale du PE et du PET peut être due à la présence de certaines impuretés volatiles telles que la charge additive utilisée pendant la synthèse du plastique (Dimitrov et al., 2013).

Divers chercheurs ont signalé que la dégradation du PE et du PET nécessite des températures plus élevées par rapport aux autres plastiques (Dimitrov et al., 2013 ; Rizzarelli et al., 2016). Lee (2012) a rapporté que le PE a une structure ramifiée à longue chaîne et que sa dégradation se produit via une scission aléatoire de la chaîne, nécessitant ainsi une température plus élevée, tandis que la dégradation du PET suit la scission aléatoire de la liaison ester qui entraîne la formation d’oligomères (Dziecioł et Trzeszczynski, 2000 ; Lecomte et Liggat, 2006). La dégradation initiale du PET était peut-être due à la présence de certaines impuretés volatiles comme le diéthylène glycol (Dimitrov et al., 2013). La littérature rapporte que la présence de ces impuretés volatiles favorise davantage le processus de dégradation des polymères (McNeill et Bounekhel, 1991 ; Dziecioł et Trzeszczynski, 2000). La différence entre les courbes TGA des différents types de plastiques pourrait être due à leur structure mésoporeuse (Chandrasekaran et al., 2015). En outre, Lopez et al. (2011) ont signalé que l’utilisation de catalyseurs diminue la température du procédé. Par conséquent, 450°C pourrait être considéré comme la température optimale, en présence de NZ activé, pour la pyrolyse catalytique des déchets plastiques susmentionnés.

Effet de la matière première et des catalyseurs sur le rendement des produits de pyrolyse

L’effet de l’activation thermique et acide de NZ sur le rendement des produits du processus de pyrolyse a été examiné (Figure 3). La pyrolyse catalytique du plastique PS individuel à l’aide des catalyseurs TA-NZ et AA-NZ a montré les rendements les plus élevés en huile liquide de 70 et 60%, respectivement, par rapport à tous les autres types de déchets plastiques individuels et combinés étudiés. Le rendement élevé d’huile liquide à partir de la pyrolyse catalytique du PS a également été signalé dans plusieurs autres études (Siddiqui et Redhwi, 2009 ; Lee, 2012 ; Rehan et al., 2017). Siddiqui et Redhwi (2009) ont rapporté que le PS a une structure cyclique, ce qui conduit au rendement élevé de l’huile liquide à partir de la pyrolyse catalytique. Lee (2012) a rapporté que la dégradation du PS se produisait à la fois par des scissions de chaînes aléatoires et de chaînes terminales, conduisant ainsi à la production de la structure stable du cycle benzénique, qui améliore le craquage ultérieur et peut augmenter la production d’huile liquide. En outre, en présence de catalyseurs acides, la dégradation du PS a suivi un mécanisme de carbénium, qui a ensuite subi une hydrogénation (transfert d’hydrogène inter/intramoléculaire) et une β-scission (Serrano et al., 2000). En outre, la dégradation du PS s’est produite à une température plus basse, par rapport à d’autres plastiques comme le PE, en raison de sa structure cyclique (Wu et al., 2014). D’autre part, la pyrolyse catalytique du PS a produit une plus grande quantité de charbon (24,6 %) avec le catalyseur AA-NZ qu’avec le catalyseur TA-NZ (15,8 %). Ma et al. (2017) ont également signalé la production élevée de charbon à partir de la pyrolyse catalytique du PS avec un catalyseur zéolithe acide (Hβ). Les chiffres élevés de production de chars étaient dus à l’acidité élevée du catalyseur, qui favorise la production de chars via des réactions de réticulation secondaires intenses (Serrano et al., 2000).

La pyrolyse catalytique du PP a produit une huile liquide plus élevée (54%) avec le catalyseur AA-NZ que le catalyseur TA-NZ (40%) (Figure 3). D’autre part, le catalyseur TA-NZ a produit de grandes quantités de gaz (41,1%), ce qui peut être dû à l’activité catalytique plus faible du catalyseur TA-NZ. Selon Kim et al. (2002) les catalyseurs avec une faible acidité et des surfaces BET avec des structures microporeuses, favorisent la dégradation initiale du PP qui peut conduire à la production maximale de gaz. Obali et al. (2012) ont réalisé la pyrolyse du PP avec un catalyseur chargé en alumine et ont rapporté la production maximale de gaz. De plus, la formation de carbocation lors de la dégradation du PP, due à la présence de carbone tertiaire dans sa chaîne carbonée, peut également favoriser la production de gaz (Jung et al., 2010). Syamsiro et al. (2014) ont également rapporté que la pyrolyse catalytique du PP et du PS avec un catalyseur zéolithe naturel activé par un acide (HCL) produisait plus de gaz que le procédé avec un catalyseur zéolithe naturel activé thermiquement, en raison de sa forte acidité et de sa surface BET.

La pyrolyse catalytique du PE avec les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ a produit des quantités similaires d’huile liquide (40 et 42%). Cependant, les plus grandes quantités de gaz (50,8 et 47,0%) ont été produites à partir du PE, en utilisant respectivement AA-NZ et TA-NZ, par rapport à tous les autres types de plastique étudiés. La production de charbon était la plus faible dans ce cas, 7,2 et 13,0 % avec AA-NZ et TA-NZ, respectivement. Diverses études ont également rapporté la production plus faible de charbon à partir de la pyrolyse catalytique du PE (Xue et al., 2017). Lopez et al. (2011) ont rapporté que les catalyseurs à forte acidité amélioraient le craquage des polymères pendant la pyrolyse catalytique. L’augmentation du craquage, en présence d’un catalyseur à forte acidité, favorise la production de gaz (Miandad et al., 2016b, 2017a). Zeaiter (2014) a réalisé une pyrolyse catalytique du PE avec la zéolithe HBeta et a rapporté une production de gaz de 95,7% grâce à l’acidité élevée du catalyseur. Batool et al. (2016) ont également rapporté la production maximale de gaz à partir de la pyrolyse catalytique du PE, avec un catalyseur ZSM-5 très acide. Selon Lee (2012) et Williams (2006), le PE a une structure carbonée à longue chaîne, et sa dégradation se produit de manière aléatoire en molécules à chaîne plus petite via une scission aléatoire de la chaîne, ce qui peut favoriser la production de gaz. Au cours de la pyrolyse du PE, qui ne contient que des liaisons C-H et C-C, la rupture de l’épine dorsale des macromolécules s’est produite et a produit des radicaux libres stables. En outre, les étapes d’hydrogénation se sont produites, conduisant à la synthèse de radicaux libres secondaires (nouvelle liaison C-H stable), qui ont abouti à la β-scission et ont produit un groupe insaturé (Rizzarelli et al., 2016).

La pyrolyse catalytique de PP/PE (ratio 50/50%) n’a pas montré de différence significative dans les rendements globaux des produits lors de l’utilisation de AA-NZ et TA-NZ. L’huile liquide produite par la pyrolyse catalytique de PP/PE était de 44 et 40 % avec les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ, respectivement. Une légère diminution du rendement en huile liquide de AA-NZ pourrait être due à sa forte acidité. Syamsiro et al. (2014) ont signalé que le catalyseur AA-NZ avec HCl avait une acidité élevée par rapport au catalyseur TA-NZ, qu’il produisait moins d’huile liquide et qu’il produisait beaucoup de gaz. La pyrolyse catalytique globale de PP/PE a produit la quantité maximale de gaz avec de faibles quantités de charbon. La production élevée de gaz peut être due à la présence de PP. La dégradation du PP renforce le processus de carbocation en raison de la présence de carbone tertiaire dans sa chaîne carbonée (Jung et al., 2010). De plus, la dégradation du PE en présence du catalyseur favorise également la production de gaz avec un faible rendement en huile liquide. Cependant, lorsque la pyrolyse catalytique du PP et du PE a été réalisée séparément avec le PS, une différence significative a été observée dans le rendement du produit.

Il y avait une différence significative dans le rendement en huile liquide de 54 et 34% pour la pyrolyse catalytique du PS/PP (ratio 50/50%) avec les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ, respectivement. De même, une différence significative dans le rendement en charbon de 20,3 et 35,2% a été observée, tandis que le rendement élevé en gaz était de 25,7 et 30,8% en utilisant les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ, respectivement. Lopez et al. (2011) et Seo et al. (2003) ont signalé qu’un catalyseur avec une acidité élevée favorise le processus de craquage et produit une production maximale de gaz. En outre, la présence de PP améliore également la production de gaz en raison du processus de carbocation pendant la dégradation (Jung et al., 2010). Kim et al. (2002) ont rapporté que la dégradation du PP produit un maximum de gaz en présence de catalyseurs acides.

La pyrolyse catalytique du PS avec le PE (ratio 50/50%) en présence du catalyseur TA-NZ a produit 44% d’huile liquide, cependant 52% d’huile liquide a été obtenue en utilisant le catalyseur AA-NZ. Kiran et al. (2000) ont effectué une pyrolyse de PS avec PE à différents ratios et ont rapporté qu’une augmentation de la concentration de PE diminuait la concentration d’huile liquide avec l’augmentation du gaz. La présence de PS avec PE favorise le processus de dégradation en raison de la production d’un cycle benzénique stable actif à partir du PS (Miandad et al., 2016b). Wu et al. (2014) ont réalisé une ATG de PS avec PE et ont observé deux pics, le premier pour le PS à basse température, suivi de la dégradation du PE à haute température. De plus, la dégradation du PE suit un processus de chaîne de radicaux libres et un processus d’hydrogénation, tandis que le PS suit un processus de chaîne de radicaux comprenant diverses étapes (Kiran et al., 2000). Ainsi, même en considérant les phénomènes de dégradation, le PS a entraîné une dégradation plus importante par rapport au PE et a produit des cycles benzéniques stables (McNeill et al., 1990).

La pyrolyse catalytique du PS/PE/PP (ratio 50/25/25%) a montré des rendements en huile liquide légèrement inférieurs par rapport à la pyrolyse catalytique de tous les types de plastique individuels. Le rendement en huile des deux catalyseurs, TA-NZ et AA-NZ, dans ce cas, est similaire, 44 et 40%, respectivement. La production de charbon était plus élevée (29,7 %) avec le catalyseur AA-NZ que (19,0 %) avec le catalyseur TA-NZ, ce qui peut être dû aux réactions de polymérisation (Wu et Williams, 2010). En outre, l’ajout de PET avec PS, PE et PP (ratio 20/40/20/20%) a réduit les rendements en huile liquide à 28 et 30% dans l’ensemble, en utilisant les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ, respectivement, avec des fractions plus élevées de charbon et de gaz. Demirbas (2004) a réalisé une pyrolyse de PS/PE/PP et a rapporté des résultats similaires pour le rendement du produit. Adnan et al. (2014) ont réalisé une pyrolyse catalytique de PS et PET en utilisant le catalyseur Al-Al2O3 avec des ratios de 80/20% et ont rapporté seulement 37% d’huile liquide. De plus, Yoshioka et al. (2004) ont rapporté la production maximale de gaz et de charbon avec une production négligeable d’huile liquide à partir de la pyrolyse catalytique du PET. En outre, la production maximale de charbon a également été signalée lorsque la pyrolyse catalytique du PET a été réalisée avec d’autres plastiques (Bhaskar et al., 2004). La production plus élevée de charbon à partir de la pyrolyse du PET était due aux réactions de carbonisation et de condensation pendant sa pyrolyse à une température élevée (Yoshioka et al., 2004). De plus, la présence de l’atome d’oxygène favorise également la production élevée de chars issus de la pyrolyse catalytique du PET (Xue et al., 2017). Thilakaratne et al. (2016) ont signalé que la production de radicaux sans benzène, avec deux carbones activés, est le précurseur du coke catalytique provenant de la dégradation du PET.

Effet des catalyseurs sur la composition de l’huile liquide

La composition chimique de l’huile liquide produite par la pyrolyse catalytique de différents déchets plastiques en utilisant les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ ont été caractérisés par GC-MS (Figures 4, 5). La composition de l’huile liquide produite est affectée par différents types de matières premières et de catalyseurs utilisés dans le processus de pyrolyse (Miandad et al., 2016a,b,c). L’huile liquide produite à partir des différents types de plastique tels que le PS, le PP et le PE contenait un mélange de composés aromatiques, aliphatiques et autres hydrocarbures. Les composés aromatiques trouvés dans l’huile, à partir du PS et du PE, étaient plus élevés que ceux du PP en utilisant le catalyseur TA-NZ. Les composés aromatiques ont augmenté dans l’huile de PS et de PP mais ont diminué dans le PE en utilisant le catalyseur AA-NZ. Le catalyseur mésoporeux et acide conduit à la production d’hydrocarbures à chaîne plus courte en raison de sa capacité de craquage élevée (Lopez et al., 2011). Cependant, les catalyseurs microporeux et moins acides favorisent la production d’hydrocarbures à longue chaîne car le processus de craquage s’est produit uniquement sur la surface extérieure des catalyseurs. Globalement, en présence de catalyseurs, le PE et le PP suivent le mécanisme de scission de la chaîne aléatoire, tandis que le PS suit le mécanisme de décomposition ou de scission de la chaîne terminale (Cullis et Hirschler, 1981 ; Peterson et al., 2001). La scission de la chaîne terminale entraîne la production de monomères tandis que la scission de la chaîne aléatoire produit des oligomères et des monomères (Peterson et al., 2001).

L’huile liquide produite à partir de la pyrolyse catalytique du PE, lors de l’utilisation des deux catalyseurs, a produit principalement du Naphtalène, du Phenanthrène, du Naphtalène, du 2-éthényl-, du 1-Pentadécène, de l’Anthracène, du 2-méthyl-, de l’Hexadécane et ainsi de suite (Figures 4A, 5A). Ces résultats sont en accord avec plusieurs autres études (Lee, 2012 ; Xue et al., 2017). La production d’un dérivé du benzène révèle que TA-NZ améliore le processus d’aromatisation par rapport à AA-NZ. Xue et al. (2017) ont rapporté que les oléfines intermédiaires produites par la pyrolyse catalytique du PE, s’aromatisaient davantage à l’intérieur des pores des catalyseurs. Néanmoins, la réaction d’aromatisation conduit en outre à la production d’atomes d’hydrogène qui peuvent renforcer le processus d’aromatisation. Lee (2012) a rapporté que ZSM-5 produisait plus de composés aromatiques par rapport au catalyseur mordénite, en raison de sa structure cristalline.

Il existe deux mécanismes possibles qui peuvent impliquer la dégradation du PE en présence d’un catalyseur ; l’abstraction d’ions hybrides en raison de la présence de sites de Lewis ou, en raison du mécanisme d’ions carbénium via l’ajout d’un proton (Rizzarelli et al., 2016). Initialement, la dégradation commence sur la surface externe des catalyseurs et se poursuit ensuite par une dégradation supplémentaire dans les pores internes des catalyseurs (Lee, 2012). Cependant, les catalyseurs microporeux empêchent l’entrée de molécules plus grandes et donc des composés à chaîne de carbone plus élevée sont produits par la pyrolyse catalytique du PE avec des catalyseurs microporeux. En outre, en présence de catalyseurs acides, en raison du mécanisme du carbénium, la formation de composés aromatiques et oléfiniques peut augmenter (Lee, 2012). Lin et al. (2004) ont signalé la production d’oléfines hautement réactives, comme produits intermédiaires pendant la pyrolyse catalytique du PE, qui peuvent favoriser la production de paraffine et de composés aromatiques dans l’huile liquide produite. En outre, la présence d’un catalyseur acide et d’un atome d’hydrogène libre peut conduire à l’alkylation du toluène et du benzène, convertissant le benzène alkylé intermédiaire à la production de naphtalène en raison de l’aromatisation (Xue et al., 2017).

L’huile liquide produite à partir de la pyrolyse catalytique du PS avec TA-NZ et AA-NZ, contient différents types de composés. L’alpha-méthylstyrène, le benzène, le 1,1′-(2-butène-1,4-diyl)bis-, le bibenzyl, le benzène, le (1,3-propanediyl), le phénanthrène, le 2-phénylnaphtalène et ainsi de suite étaient les principaux composés trouvés dans l’huile liquide produite (Figures 4A, 5A). L’huile liquide produite à partir de la pyrolyse catalytique du PS, avec les deux catalyseurs activés, contient principalement des hydrocarbures aromatiques avec quelques paraffines, naphtalène et composés oléfiniques (Rehan et al., 2017). Cependant, en présence d’un catalyseur, la production maximale de composés aromatiques a été atteinte (Xue et al., 2017). Ramli et al. (2011) ont également rapporté la production d’oléfines, de naphtalène avec des composés aromatiques à partir de la pyrolyse catalytique de PS avec Al2O3, supporté par des catalyseurs Cd et Sn. La dégradation du PS commence par un craquage sur la surface externe du catalyseur et est ensuite suivie par un reformage à l’intérieur des pores du catalyseur (Uemichi et al., 1999). Initialement, le craquage du polymère est effectué par le site acide de Lewis sur la surface des catalyseurs pour produire des intermédiaires carbocationiques, qui s’évaporent ensuite ou subissent un reformage à l’intérieur des pores du catalyseur (Xue et al., 2017).

La pyrolyse catalytique du PS produit principalement du styrène et son dérivé comme les principaux composés dans l’huile liquide produite (Siddiqui et Redhwi, 2009 ; Rehan et al., 2017). La conversion du styrène en son dérivé a augmenté en présence de catalyseurs protonés en raison de l’hydrogénation (Kim et al., 2002). Shah et Jan (2015) et Ukei et al. (2000) ont signalé que l’hydrogénation du styrène augmentait avec l’augmentation de la température de réaction. Ogawa et al. (1982) ont réalisé la pyrolyse du PS avec le catalyseur alumine-silice à 300°C et ont constaté l’hydrogénation du styrène en son dérivé. Ramli et al. (2011) ont rapporté le mécanisme de dégradation possible du PS sur des catalyseurs acides qui peut se produire en raison de l’attaque d’un proton associé aux sites acides de Bronsted, ce qui entraîne le mécanisme de l’ion carbénium, qui subit ensuite une β-scission et est ensuite suivi d’un transfert d’hydrogène. De plus, la réaction de réticulation est favorisée par les sites acides de Bronsted forts et, lorsque cette réaction se produit, le craquage d’achèvement peut diminuer dans une certaine mesure et améliorer la production de charbon (Serrano et al., 2000). De plus, les catalyseurs à base de silice et d’alumine n’ont pas de sites acides de Bronsted puissants, ce qui peut ne pas améliorer la réaction de réticulation mais favoriser le processus d’hydrogénation. Ainsi, cela peut être la raison pour laquelle le styrène n’a pas été trouvé dans l’huile liquide, cependant, son dérivé a été détecté en grande quantité (Lee et al., 2001). Xue et al. (2017) ont également signalé la désalkylation du styrène, en raison du retard de l’évaporation à l’intérieur du réacteur, ce qui peut conduire à un processus de reformage amélioré et aboutir à la production d’un dérivé du styrène. TA-NZ et AA-NZ contiennent une quantité élevée d’alumine et de silice qui conduit à l’hydrogénation du styrène en son dérivé, ce qui entraîne la production de monomères de styrène au lieu du styrène.

La pyrolyse catalytique du PP a produit un mélange complexe d’huile liquide contenant des aromatiques, des oléfines et des composés de naphtalène. Le benzène, le 1,1′-(2-butène-1,4-diyl)bis-, le benzène, le 1,1′-(1,3-propanediyl)bis-, l’anthracène, le 9-méthyl-, le naphtalène, le 2-phényl-, le 1,2,3,4-tétrahydro-1-phényl-, le naphtalène, le phénanthrène etc. étaient les principaux composés retrouvés dans l’huile liquide (Figures 4A, 5A). Ces résultats sont en accord avec d’autres études qui ont réalisé la pyrolyse catalytique du PP avec différents catalyseurs (Marcilla et al., 2004). En outre, la dégradation du PP avec AA-NZ a entraîné la production maximale de composés phénoliques. Cette production plus élevée était peut-être due à la présence de sites fortement acides, car elle favorise la production de composés phénoliques. De plus, la présence d’un site acide élevé sur les catalyseurs a renforcé le mécanisme d’oligomérisation, d’aromatisation et de désoxygénation qui a conduit à la production de composés poly-aromatiques et naphtalènes. Dawood et Miura (2002) ont également signalé la production élevée de ces composés à partir de la pyrolyse catalytique du PP avec une zéolite HY modifiée à forte teneur en acide.

La composition de l’huile issue de la pyrolyse catalytique du PP avec le PE contient des composés que l’on retrouve dans l’huile des deux matières premières individuelles de type plastique. Miandad et al. (2016b) ont signalé que la composition de la charge d’alimentation affecte également la qualité et la composition chimique de l’huile. L’huile liquide produite par la pyrolyse catalytique du PE/PP contient des composés aromatiques, oléfiniques et naphtaléniques. Les principaux composés trouvés sont : le benzène, le 1,1′-(1,3-propanediyl)bis-, le mono(2-éthylhexyl) ester, l’acide 1,2-benzènedicarboxylique, l’anthracène, le pentadécane, le phénanthrène, le 2-phénylnaphtalène et ainsi de suite (Figures 4B, 5B). Jung et al. (2010) ont indiqué que la production d’aromatiques à partir de la pyrolyse catalytique du PP/PE pourrait suivre le mécanisme de réaction de Diels-Alder, puis la déshydrogénation. En outre, la pyrolyse catalytique du PP et du PE réalisée individuellement avec du PS, a principalement produit des composés aromatiques en raison de la présence de PS. L’huile liquide produite à partir de PS/PP contient du benzène, du 1,1′-(1,3-propanediyl)bis, de l’acide 1,2-benzènedicarboxylique, de l’ester disooctyle, du bibenzyle, du phénanthrène, du 2-phénylnaphtalène, du benzène, du (4-méthyl-1-décényl)- et ainsi de suite (Figures 4A, 5A). La pyrolyse catalytique PS avec PE a principalement produit une huile liquide avec des composés majeurs d’azulène, de naphtalène, de 1-méthyl-, de naphtalène, de 2-éthényle, de benzène, de 1,1′-(1,3-propanediyl)bis-, de phénanthrène, de 2-phénylnaphtalène, de benzène, de 1,1′-(1-méthyl-1,2-éthanediyl)bis- et quelques autres composés également (Figures 4B, 5B). Miskolczi et al. (2006) ont réalisé une pyrolyse de PS avec PE avec un ratio de 10 et 90%, respectivement, et ont rapporté la production maximale d’aromatiques même à un ratio très faible de PS. Miandad et al. (2016b) ont rapporté que la pyrolyse thermique du PE avec du PS sans catalyseur, a permis la conversion du PE en huile liquide avec une composition élevée en aromatiques. Cependant, la pyrolyse thermique du seul PE sans catalyseur l’a converti en cire au lieu d’huile liquide en raison de sa forte structure ramifiée à longue chaîne (Lee, 2012 ; Miandad et al., 2016b). Wu et al. (2014) ont réalisé une ATG du PS avec le PE et ont rapporté que la présence du PS favorise la dégradation du PE, en raison de la production de cycles benzéniques stables.

La composition chimique de l’huile de pyrolyse, par différents groupes fonctionnels, a été étudiée par FT-IR. Les données obtenues ont révélé la présence de groupes fonctionnels aromatiques et aliphatiques dans l’huile (Figures 6, 7). Un pic très fort à 696 cm-1 a été observé dans la plupart des huiles liquides obtenues en utilisant les deux catalyseurs, ce qui correspond à la concentration élevée de composés aromatiques. Deux autres pics, évidents, étaient visibles aux alentours de 1 456 et 1 495 cm-1 pour les C-C avec des liaisons simples et doubles, correspondant aux composés aromatiques. En outre, à la fin du spectre, de forts pics à 2 850, 2 923 et 2 958 cm-1 ont été observés dans tous les types d’huiles liquides, à l’exception de la PS, correspondant à l’étirement C-H des composés alcanes. Dans l’ensemble, l’huile liquide obtenue à partir de la pyrolyse catalytique de différents déchets plastiques utilisant le catalyseur AA-NZ, a montré plus de pics que les échantillons provenant des catalyseurs TA-NZ. Ces pics supplémentaires correspondaient à des composés aromatiques, des alcanes et des alcènes. Cela indique que, comme prévu, l’AA-NZ avait de meilleures propriétés catalytiques que le TA-NZ. Divers chercheurs ont rapporté des résultats similaires, à savoir que l’huile liquide produite à partir de PS était dominée par des aromatiques. Tekin et al. (2012) et Panda et Singh (2013) ont également signalé la présence d’aromatiques avec quelques alcanes et alcènes à partir de la pyrolyse catalytique du PP. Kunwar et al. (2016) ont effectué la pyrolyse thermique et catalytique du PE et ont signalé que l’huile liquide produite contenait des alcanes et des alcènes comme groupe fonctionnel principal. Dans l’ensemble, l’analyse FT-IR a permis de mieux comprendre la composition chimique de l’huile liquide produite, à partir de la pyrolyse catalytique de différents déchets plastiques, en utilisant des catalyseurs NZ modifiés et a confirmé davantage nos résultats GC-MS.

Applications potentielles des produits de pyrolyse

L’huile liquide produite à partir de la pyrolyse catalytique de différents types de matières premières plastiques présente un nombre élevé de composés aromatiques, oléfines et naphtalènes que l’on retrouve dans les produits pétroliers. De plus, le HHV de l’huile liquide produite est compris entre 41,7 et 44,2 MJ/kg (tableau 2), ce qui est très proche de la valeur énergétique du diesel conventionnel. La valeur la plus faible de 41,7 MJ/kg a été trouvée dans l’huile liquide obtenue à partir de PS en utilisant le catalyseur TA-NZ, tandis que la valeur la plus élevée de 44,2 MJ/kg a été obtenue à partir de PS/PE/PP en utilisant le catalyseur AA-NZ. Ainsi, l’huile liquide de pyrolyse produite à partir de divers déchets plastiques a le potentiel d’être utilisée comme une source d’énergie alternative. Selon Lee et al. (2015) et Rehan et al. (2016), la production d’électricité est réalisable en utilisant l’huile liquide de pyrolyse dans un moteur diesel. Saptoadi et Pratama (2015) ont utilisé avec succès l’huile liquide pyrolytique comme alternative dans un poêle à kérosène. En outre, les composés aromatiques produits peuvent être utilisés comme matière première pour la polymérisation dans diverses industries chimiques (Sarker et Rashid, 2013 ; Shah et Jan, 2015). En outre, plusieurs chercheurs ont utilisé l’huile liquide produite comme carburant de transport après l’avoir mélangée à du diesel conventionnel à différents ratios. Les études ont été menées pour explorer le potentiel de l’huile liquide produite dans le contexte de la performance du moteur et des émissions d’échappement des véhicules. Nileshkumar et al. (2015) et Lee et al. (2015) ont rapporté que le ratio de mélange 20:80% d’huile liquide pyrolytique et de diesel conventionnel, respectivement, donnait des résultats de performance moteur similaires à ceux du diesel conventionnel. En outre, au même rapport de mélange, les émissions de gaz d’échappement étaient également similaires, cependant les émissions de gaz d’échappement ont augmenté avec l’augmentation de la quantité mélangée d’huile pyrolytique (Frigo et al., 2014 ; Mukherjee et Thamotharan, 2014).

Le résidu (char) laissé après le processus de pyrolyse peut être utilisé pour plusieurs applications environnementales. Plusieurs chercheurs ont activé le charbon via la vapeur et l’activation thermique (Lopez et al., 2009 ; Heras et al., 2014). Le processus d’activation augmente la surface BET et réduit la taille des pores du charbon (Lopez et al., 2009). En outre, Bernando (2011) a amélioré le charbon plastique avec le biomatériau et a effectué l’adsorption (3,6-22,2 mg/g) du colorant bleu de méthylène des eaux usées. Miandad et al. (2018) ont utilisé le charbon obtenu à partir de la pyrolyse des déchets plastiques PS pour synthétiser un nouveau nano-adsorbant d’oxydes à double couche carbone-métal (C/MnCuAl-LDOs) pour l’adsorption du rouge Congo (CR) dans les eaux usées. En outre, le charbon peut être utilisé comme matière première pour la production de charbon actif aussi.

Limitations de l’analyse GC-MS de l’huile de pyrolyse

Il y a certaines limites dans la réalisation de l’analyse quantitative précise des composants chimiques dans l’huile de pyrolyse en utilisant GC-MS. Dans cette étude, nous avons utilisé le pourcentage de masse des différents produits chimiques trouvés dans les échantillons d’huile, calculé sur la base des surfaces des pics identifiés par une colonne DP5-MS à phase normale et un FID. Les pics identifiés ont été mis en correspondance avec la bibliothèque de spectres du NIST et de la banque de masse. Les composés ont été choisis en fonction de l’indice de similarité (SI > 90%). Une comparaison supplémentaire avec des standards connus (CRM) a permis de confirmer les composés identifiés. La colonne et les détecteurs utilisés étaient limités aux hydrocarbures. Cependant, en réalité, l’huile de la plupart des déchets plastiques a une structure chimique complexe et peut contenir d’autres groupes de produits chimiques non identifiés tels que des hydrocarbures contenant du soufre, de l’azote et de l’oxygène. C’est pourquoi une analyse chimique qualitative plus approfondie et plus précise est nécessaire pour comprendre pleinement la chimie de l’huile de pyrolyse, en utilisant un étalonnage et une normalisation avancés et en utilisant différents détecteurs MS comme SCD et NCD ainsi que différentes colonnes GC.

Le potentiel et les défis des bioraffineries basées sur la pyrolyse

Les bioraffineries de déchets attirent énormément d’attention en tant que solution pour convertir les DSM et autres déchets de biomasse en une gamme de produits tels que des carburants, de l’énergie, de la chaleur et d’autres produits chimiques et matériaux précieux. Différents types de bioraffineries, telles que les bioraffineries agricoles, les bioraffineries de déchets animaux, les bioraffineries d’eaux usées, les bioraffineries à base d’algues, les bioraffineries de déchets plastiques, les bioraffineries forestières, les bioraffineries de déchets industriels et les bioraffineries de déchets alimentaires, peuvent être développées en fonction du type et de la source des déchets (Gebreslassie et al., 2013 ; De Wild et al., 2014 ; Nizami et al., 2017a,b ; Waqas et al., 2018). Ces bioraffineries peuvent jouer un rôle important pour réduire la pollution environnementale liée aux déchets et les émissions de GES. En outre, elles génèrent des avantages économiques substantiels et peuvent contribuer à la réalisation d’une économie circulaire dans n’importe quel pays.

Une bioraffinerie basée sur la pyrolyse peut être développée pour traiter une gamme de déchets de biomasse et de déchets plastiques afin de produire des carburants liquides et gazeux, de l’énergie, du biochar et d’autres produits chimiques de plus grande valeur en utilisant une approche intégrée. Cette approche intégrée permet d’obtenir un maximum d’avantages économiques et environnementaux avec une production minimale de déchets. Les bioraffineries basées sur la pyrolyse présentent de nombreux défis et des possibilités d’amélioration, qui doivent être abordés et optimisés pour garantir des avantages maximaux. Bien que l’huile de pyrolyse contienne plus d’énergie que le charbon et certains autres combustibles, la pyrolyse elle-même est un processus à forte intensité énergétique, et le produit pétrolier nécessite plus d’énergie pour être raffiné (Inman, 2012). Cela signifie que l’huile pyrolytique n’est peut-être pas beaucoup plus efficace que le diesel conventionnel ou d’autres combustibles fossiles en termes d’émissions de GES, bien que des études détaillées sur le bilan de masse et d’énergie dans l’ensemble du processus soient nécessaires pour le confirmer. Pour surmonter ces exigences énergétiques du processus, des technologies plus avancées peuvent être développées en utilisant l’intégration d’énergies renouvelables telles que le solaire ou l’hydraulique avec les bioraffineries basées sur la pyrolyse, afin d’obtenir un maximum d’avantages économiques et environnementaux.

La disponibilité des flux de déchets plastiques et de biomasse comme matières premières pour les bioraffineries basées sur la pyrolyse, est un autre défi majeur, car le recyclage n’est pas actuellement très efficace, en particulier dans les pays en développement. Les gaz produits par la pyrolyse de certains déchets plastiques tels que le PVC sont toxiques, et la technologie de traitement des émissions de la pyrolyse doit donc être affinée pour obtenir un maximum d’avantages environnementaux. L’huile de pyrolyse obtenue à partir de divers types de plastique doit être considérablement nettoyée avant d’être utilisée dans une quelconque application, afin de garantir un impact minimal sur l’environnement. La teneur élevée en aromatiques de l’huile de pyrolyse est une bonne chose et certains composés aromatiques tels que le benzène, le toluène et le styrène peuvent être raffinés et vendus sur un marché déjà établi. Cependant, certains des hydrocarbures aromatiques sont des cancérigènes connus et peuvent causer de graves dommages à la santé humaine et à l’environnement. Une réflexion sérieuse est donc nécessaire à cet égard.

D’autres aspects pour l’optimisation des bioraffineries basées sur la pyrolyse, tels que les nouveaux catalyseurs avancés émergents, y compris les nano-catalyseurs, doivent être développés et appliqués dans les processus de pyrolyse afin d’augmenter la qualité et le rendement des produits, et d’optimiser le processus global. Le marché des produits de bioraffinage basés sur la pyrolyse doit être créé/étendu pour susciter davantage d’intérêt et de financement, afin de rendre ce concept plus pratique et fructueux. De même, il faut se concentrer davantage sur la recherche et le développement pour enrichir le concept de bioraffinage et exploiter son véritable potentiel. En outre, il est essentiel de procéder à une évaluation détaillée de l’impact économique et environnemental des bioraffineries au stade de la conception, en utilisant des outils spécialisés tels que l’analyse du cycle de vie (ACV). L’ACV permet d’analyser l’impact environnemental de la bioraffinerie et de tous les produits en réalisant des bilans énergétiques et matériels détaillés de toutes les étapes de la vie, y compris l’extraction et le traitement des matières premières, la fabrication, la distribution des produits, leur utilisation, leur entretien et leur élimination/recyclage. Les résultats de l’ACV aideront à déterminer la durabilité des bioraffineries, ce qui est crucial pour prendre la bonne décision.

Conclusions

La pyrolyse catalytique est une technique prometteuse pour convertir les déchets plastiques en huile liquide et autres produits à valeur ajoutée, en utilisant un catalyseur zéolite naturelle (NZ) modifié. La modification des catalyseurs NZ a été effectuée par une nouvelle activation thermique (TA) et acide (AA) qui a amélioré leurs propriétés catalytiques. La pyrolyse catalytique du PS a produit l’huile liquide la plus élevée (70 et 60%) par rapport au PP (40 et 54%) et au PE (40 et 42%), en utilisant les catalyseurs TA-NZ et AA-NZ, respectivement. La composition chimique de l’huile de pyrolyse a été analysée par GC-MS, et il a été constaté que la plupart de l’huile liquide produisait un contenu aromatique élevé avec quelques composés aliphatiques et autres hydrocarbures. Ces résultats ont été confirmés par l’analyse FT-IR qui a montré des pics clairs correspondant aux groupes fonctionnels aromatiques et autres hydrocarbures. En outre, l’huile liquide produite à partir de différents types de déchets plastiques présentait un pouvoir calorifique supérieur (PCS) compris entre 41,7 et 44,2 MJ/kg, similaire à celui du diesel conventionnel. Par conséquent, elle a le potentiel d’être utilisée dans diverses applications d’énergie et de transport après un traitement et un raffinage supplémentaires. Cette étude est une étape vers le développement de bioraffineries basées sur la pyrolyse. Les bioraffineries ont un grand potentiel pour convertir les déchets en énergie et autres produits de valeur et pourraient contribuer à la réalisation d’économies circulaires. Cependant, il existe de nombreux défis techniques, opérationnels et socio-économiques, comme discuté ci-dessus, qui doivent être surmontés afin d’obtenir le maximum d’avantages économiques et environnementaux des bioraffineries.

Data Availability

Tous les ensembles de données générés pour cette étude sont inclus dans le manuscrit et/ou les fichiers supplémentaires.

Author Contributions

RM a réalisé les expériences de pyrolyse et a aidé à la rédaction du manuscrit. HK, JD, JG et AH ont réalisé la caractérisation détaillée des produits du procédé. MR et ASA ont analysé les données et rédigé certaines parties du manuscrit. MAB, MR, et A-SN ont corrigé et édité le manuscrit. ASA et IMII ont soutenu le projet financièrement et techniquement.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

MR et A-SN remercient le Centre d’excellence en études environnementales (CEES), l’Université King Abdulaziz (KAU), Jeddah, KSA et le ministère de l’Éducation, KSA pour le soutien financier sous la subvention n° 2/S/1438. Les auteurs sont également reconnaissants au Deanship of Scientific Research (DSR) à KAU pour leur soutien financier et technique au CEES.

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