Des sacs en papier plus solides - réutilisés à plusieurs reprises puis recyclés pour le biocarburant - pourraient être l'avenir

19 avril 2023

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par Jeff Mulhollem, Université d'État de Pennsylvanie

Alors que le monde cherche des moyens de réduire l'utilisation de plastiques tels que les sacs en plastique à usage unique, une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State démontre un processus pour rendre les sacs en papier plus solides, en particulier lorsqu'ils sont mouillés, pour en faire une alternative plus viable.

L'étude suggère un processus de création de sacs en papier suffisamment durables pour être utilisés plusieurs fois, puis décomposés chimiquement par un traitement alcalin pour être utilisés comme source de production de biocarburant, selon le chercheur Daniel Ciolkosz, professeur agrégé de recherche en génie agricole et biologique.

"Lorsque l'utilisation principale de ces produits en papier prend fin, leur utilisation à des fins secondaires les rend plus durables", a-t-il déclaré. "Le recyclage et la réduction des déchets de papier contribuent également à réduire le total des déchets solides destinés aux décharges. C'est un concept que nous pensons que la société devrait prendre en compte."

La chercheuse principale Jaya Tripathi, qui sera diplômée de Penn State ce printemps avec un doctorat en systèmes biorenouvelables et a accepté un poste au Joint BioEnergy Institute en Californie, a conçu un procédé innovant dans lequel la cellulose du papier est torréfiée ou torréfiée dans un bain d'oxygène -environnement privé, pour augmenter considérablement sa résistance à la traction lorsqu'il est mouillé.

Les sacs en papier sont une alternative populaire aux sacs en plastique pour réduire les impacts environnementaux causés par l'utilisation de plastiques, a-t-elle expliqué, mais les sacs en papier ont une durée de vie courte en raison de leur faible durabilité, en particulier lorsqu'ils sont mouillés. Et un sac en papier doit être réutilisé plusieurs fois pour réduire son potentiel de réchauffement climatique en dessous de celui du sac en polyéthylène haute densité conventionnel, a ajouté Tripathi.

"La réutilisation est principalement régie par la résistance du sac, et il est peu probable qu'un sac en papier typique puisse être réutilisé le nombre de fois requis en raison de sa faible durabilité lors du mouillage", a-t-elle déclaré. "L'utilisation de procédés chimiques coûteux pour améliorer la résistance à l'humidité diminue les caractéristiques écologiques et économiques du papier pour une application commerciale, il est donc nécessaire d'explorer des techniques non chimiques pour augmenter la résistance à l'humidité des sacs en papier. La torréfaction pourrait être la réponse."

Parce que la torréfaction a diminué le rendement en glucose du papier, elle a ensuite traité le papier avec une solution d'hydroxyde de sodium, également appelée lessive ou soude caustique, qui a augmenté son rendement en glucose, ce qui en fait une meilleure source pour la production de biocarburant.

Dans des découvertes récemment publiées dans Resources, Conservation and Recycling, utilisant du papier filtre comme support, les chercheurs ont rapporté que la résistance à la traction à l'état humide du papier avait augmenté de 1 533 %, 2 233 %, 1 567 % et 557 % après torréfaction pendant 40 minutes à 392 °C. degrés Fahrenheit, 428 F, 464 F et 500 F, respectivement.

Le rendement en glucose a diminué avec l'augmentation de la sévérité de la torréfaction, mais après avoir traité des échantillons de papier torréfié avec une solution alcaline d'hydroxyde de sodium, le rendement en glucose a augmenté, ont noté les chercheurs. Par exemple, le rendement en glucose du papier filtre brut était de 955 mg/g de substrat, alors qu'il était de 690 mg/g de substrat pour le même échantillon de papier torréfié à 392 F. Le rendement en glucose est passé à 808 et 933 mg/g de substrat. avec 1% et 10% de traitement alcalin, respectivement.

La nécessité d'un concept comme celui démontré par les chercheurs pour remplacer les sacs en plastique est évidente, a souligné Tripathi. Selon le Programme des Nations Unies pour l'environnement, 5 billions de sacs en plastique sont produits chaque année dans le monde. Cela peut prendre jusqu'à 1 000 ans pour que ces sacs se désintègrent complètement. Les Américains jettent 100 milliards de sacs par an, soit l'équivalent du déversement de près de 12 millions de barils de pétrole brut.

"En passant à des sacs à provisions en papier plus solides et réutilisables, nous pourrions éliminer une grande partie de ces déchets", a déclaré Tripathi. "Les implications d'une technologie comme celle que nous avons démontrée dans cette recherche - si elle peut être perfectionnée - y compris l'utilisation des sacs usés comme substrat pour la production de biocarburants, seraient énormes."

Comme de nombreuses découvertes scientifiques, Tripathi a découvert par accident la synergie de la torréfaction et du traitement alcalin pour augmenter les capacités du papier.

"Je cherchais autre chose, étudiant l'impact de la torréfaction sur la cellulose pour le rendement en glucose à utiliser comme substrat de biocarburant", a-t-elle déclaré. "Mais j'ai remarqué que la résistance du papier augmentait à mesure que nous torréfions la cellulose. Cela m'a fait penser qu'il serait probablement bon pour l'emballage, une application entièrement différente."

Plus d'information: Jaya Tripathi et al, Papier torréfié comme matériau d'emballage puis comme substrat de bioéthanol : Synergie de la torréfaction et du traitement alcalin pour une utilité accrue, Resources, Conservation and Recycling (2023). DOI : 10.1016/j.resconrec.2023.106882