Valoriser les déchets carbonés dans une logique d'économie circulaire
Le CEA mène depuis plusieurs années des recherches sur la valorisation des biomasses et déchets carbonés en gaz à fort pouvoir calorifique, dans une logique d'économie circulaire du carbone. Parmi les procédés explorés, la gazéification hydrothermale (GH) – ou gazéification en eau supercritique – se distingue par sa capacité à traiter des matières complexes ou humides, sans étape de séchage préalable.
Dans ce contexte, des travaux de conception et d'expérimentation ont été menés sur des équipements dédiés à la valorisation des boues issues de stations d'épuration. Ces recherches ont mis en évidence une présence notable de matières plastiques dans les flux de déchets traités. Cette découverte a suscité l'initiation d'un axe de recherche spécifique, en dehors du cadre initial, visant à mieux comprendre le comportement des plastiques soumis aux conditions extrêmes de la gazéification hydrothermale (température > 374 °C, pression > 221 bar). C'est dans ce cadre que des travaux ont été menés sur le polyéthylène téréphtalate (PET), utilisé ici comme composé modèle pour représenter une famille de déchets plastiques présents dans des boues de STEP. Ces recherches ont récemment donné lieu à la publication d'un article scientifique* décrivant les mécanismes de conversion observés en conditions supercritiques.
Comprendre la conversion des plastiques en eau supercritique
L'étude a consisté à évaluer la conversion du PET par gazéification hydrothermale dans un réacteur fonctionnant à des températures supérieures au point critique de l'eau (température > 374 °C, pression > 221 bar ; exemple : 450 °C et 600 °C) et une pression de 250 bar avec un temps de séjour de 30 minutes. L'objectif était double : produire un gaz riche en énergie (méthane ou hydrogène), et identifier des molécules d'intérêt valorisables dans les phases liquides.
Les résultats montrent que l'augmentation de la température améliore nettement le rendement global en gaz. À 600 °C, la production d'hydrogène est privilégiée, tandis qu'à 450 °C, c'est le méthane qui domine. L'ajout d'un catalyseur à base de Raney-nickel permet d'optimiser encore la conversion, avec un rendement à 600 °C près de trois fois plus élevé qu'en l'absence de catalyseur, et l'obtention d'un gaz avec un haut pouvoir calorifique PCS (jusqu'à 64,7 MJ/kg). À 450 °C, les performances avec catalyseur sont même supérieures à celles obtenues sans catalyseur à haute température (600°C), confirmant l'intérêt d'un fonctionnement à des températures plus modérées.
Par ailleurs, la phase aqueuse obtenue à 450 °C sans catalyseur contient des molécules valorisables comme l'acide benzoïque et l'acide acétique, ouvrant des pistes de recyclage chimique.
Au-delà des performances expérimentales, l'étude a permis de proposer des chemins réactionnels originaux, non décrits dans la littérature, pour expliquer la dégradation du PET dans ces conditions. Ces avancées enrichissent significativement les connaissances fondamentales sur la conversion des plastiques par gazéification hydrothermale.
Des perspectives de recherche renforcées
Les résultats obtenus ouvrent de nouvelles perspectives pour la valorisation des plastiques non recyclés, aujourd'hui difficilement traitables par les filières classiques. Pour approfondir la compréhension des mécanismes de conversion, une thèse de doctorat a été lancée fin 2024. Elle porte sur l'étude des phénomènes de thermo-conversion et de dépolymérisation des plastiques en conditions supercritiques. Les premiers résultats sont prometteurs et devraient permettre, à terme, d'optimiser les conditions opératoires et d'identifier de nouvelles voies de valorisation thermo-chimique.
Procédé de gazéification en eau supercritique des déchets plastiques