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Recycling polystyrene with essential oils
A young company in Quebec, Polystyvert, has developed a recycling process for polystyrene that reduces 83 percent of greenhouse gas emissions from virgin resin production.
Diane Berard, Les Affaires (Canada)
Read more on The Hindu Business Line, Hong Kong Economic Journal, Valor Economico (in Portuguese).
Polystyrene (PS) is one of the most widely used plastics in the world, and one of the least recycled. Used to make fruit and vegetable baskets, yoghurt pots, takeout boxes and various kinds of packaging, the petroleum-based plastic is responsible for generating significant greenhouse gas (GHG) emissions. In 2016, global annual polystyrene production reached 24 million tonnes and consumed 50 billion litres of oil; more than two percent of global oil reserves, according to the World Energy Council. But if we are to limit global warming to a 2 degree Celsius increase, one-third of the world’s oil reserves will have to stay in the ground, according to a study published by science journal Nature in 2015.
In Ville d’Anjou in the suburbs of Montreal, Canada, the young company Polystyvert has been honing a technique that might be one of the most promising solutions yet for this issue. Its recycling process would reduce up to 83 percent of the GHG emissions involved in virgin resin production.
“There’s only a handful of existing solutions for treating polystyrene,” said Andrée-Lise Méthot, founder and managing partner of Cycle Capital Management, a cleantech venture capital investment platform with offices in Canada, the United States and China. “Their method involves dissolving the plastic in essential oils so it can be transported more easily.”
According to the most recent data from the Quebec government corporation for recovery, reuse and recycling, Recyc-Québec, 80 percent of polystyrene waste generated by Quebec’s citizens is thrown into the trash can. Existing recycling options for polystyrene are limited — less than one-third of the waste stream gets treated and the activity is hardly profitable.
One of these options is compressing polystyrene into “logs” using a machine, but the approach has three main problems: transportation (this type of plastic occupies a lot of space), contamination (not all contaminants can be removed by hand) and versatility (the logs have limited uses). Another option, transforming solid plastic waste back to a liquid state at a very high temperature, offers more flexibility than compression and a greater variety of products can be made as a result, but it’s highly energy consuming.
The recycling technique developed by Polystyvert involves dissolving polystyrene in a concentrator filled with essential oils. The liquid is then poured through mesh, which catches any undissolved matter, and purified through flocculation – remaining contaminants form flakes that can be easily removed. Finally, an isolation liquid is added to separate 80 percent of the essential oils. The resulting paste is washed to purify the polystyrene, which is then turned into 98 percent pure transparent granules that can be reused to produce a vast variety of products.
The multinational corporation Sony had been the first to apply dissolving techniques to facilitate polystyrene recycling in the 1980s and ‘90s, but it eventually abandoned its experiments to focus on the electronics sector. “I studied Sony’s patent to reproduce their method,” said Solenne Brouart Gaillot, founder of Polystyvert, “but we didn’t succeed.” Finally, it was professor Roland Côté of the University of Quebec at Trois-Rivières (now vice president of R&D at Polystyvert) who broke the deadlock in 2014. He came up with the new, patentable process that works on a beaker containing 20 grams of polystyrene.
Last May, the company secured a partnership with the French oil and gas giant Total, which could lead to a significant scale-up in the development of its technique. “Right now, the process developed by Polystyvert is the most advanced and the most attractive to a producer like us,” Alain Standaert, R&D manager at Total, said during an interview with Canada’s state television.
Polystyvert is still developing its business model, which for now is based on licensing fees. These grant access to the company’s technology and equipment, and the start-up receives royalties on the sale of each kilogram of recycled polystyrene.
This model relies on the entire ecosystem surrounding polystyrene, which involves three main stakeholders: the technology provider (Polystyvert), the waste collector, and the processor (Total). While the first one generates income from selling its technology, the third one does so by meeting its clients’ demands. “Companies like Danone ask Total and other petrochemical companies to supply them with recycled plastic, or else they will make their yoghurt pots from a different type of material,” said Brouart Gaillot. By 2020, all the virgin resin in the European Union will have to contain at least 20 percent recycled material.
But waste collection is proving to be a challenge, as collectors and processors can’t seem to agree on waste prices – too low for one, too high for the other. Two possible ways forward exist. One could be to reduce the cost for collectors, by optimising the waste sorting system. The second would be to increase the prices of virgin material, which would incentivise processors to offer higher prices for waste material. In France, for instance, the government now imposes a 10 percent surtax on containers that are entirely made of virgin plastic — an example that highlights how the fight against climate change depends both on technological innovation and behavioural change, whether voluntary or imposed.
Le polystyrène (PS) est l’un des plastiques les plus utilisés et les moins recyclés au monde. Utilisé autant pour la fabrication de barquettes pour fruits et légumes, pots de yaourt, contenants pour la restauration rapide ou encore de l’emballage, ce matériel est aussi une source importante d’émissions de gaz à effet de serre (GES), à cause du pétrole utilisé pour sa fabrication. En 2016, sa production annuelle mondiale a atteint 24 millions de tonnes, consommant 50 milliards de litres de pétrole, soit plus de 2 % des réserves mondiales selon le Conseil mondial de l’énergie. Or, si l’on veut demeurer sous la barre des deux degrés de réchauffement climatique, le tiers des réserves de pétrole doivent rester dans le sol, souligne une étude publiée dans la revue Nature, en 2015.
À Ville d’Anjou, en banlieue de Montréal, au Canada, la jeune entreprise Polystyvert a mis au point un processus qui la classe parmi le petit groupe de solutions mondiales les plus prometteuses pour cet enjeu. Leur procédé réduirait de 83 % les émissions de GES par rapport au procédé de fabrication de résine vierge.
« Les solutions de traitement du polystyrène se comptent sur les doigts d’une main, souligne Andrée-Lise Méthot, fondatrice et associée directrice de Cycle Capital Management, une plateforme d’investissement de capital-risque en technologies propres qui compte des bureaux au Canada, aux États-Unis et en Chine. Leur méthode consiste à dissoudre le plastique dans des huiles essentielles pour le transporter plus facilement. »
Selon les données les plus récentes de la Société québécoise de récupération et de recyclage Recyc-Québec, 80 % du polystyrène généré par les citoyens québécois est jeté à la poubelle. Mais, à l’heure actuelle, les solutions de recyclage du polystyrène sont limitées. Elles permettent de traiter moins du tiers du gisement et s’avèrent encore peu rentables.
L’approche mécanique qui compresse le plastique pour en faire des buches pose trois problèmes: le transport (ce plastique occupe un grand volume), la contamination (on ne peut enlever tous les contaminants à la main) et la versatilité (ces buches ont un usage restreint). Ramener le plastique à un état liquide —à de très hautes températures— est une alternative plus flexible que la compression et permet de fabriquer une plus grande variété de produits, mais elle est énergivore.
Dans le procédé de Polystyvert, on dissout le polystyrène dans un concentrateur rempli d’huiles essentielles. On verse le liquide à travers une grille pour en retirer les morceaux non dissouts et on le purifie ensuite par floculation. Les contaminants forment des flocons faciles à retirer. On ajoute ensuite un liquide qui isole 80 % des huiles essentielles. La pâte qu’on en tire est ensuite lavée pour purifier totalement le polystyrène et transformée en granules transparents purs à 98 %, qui peuvent être réutilisés dans une foule de produits.
L’idée de dissoudre le polystyrène pour le recycler a d’abord été appliquée par le géant Sony dans les années 80 et 90, avant de l’abandonner pour se concentrer sur le secteur électronique. « J’ai étudié le brevet de Sony pour tenter de reproduire sa méthode, raconte Solenne Brouart Gaillot, fondatrice de Polystyvert. Nous n’y sommes pas arrivés ». C’est finalement le professeur Roland Côté, de l’université du Québec à Trois-Rivières et aujourd’hui vice-président R&D de Polystyvert, qui dénoue l’impasse, en février 2014. Il imagine un nouveau procédé, brevetable, qui fonctionne dans un bécher contenant 20 grammes de polystyrène.
En mai dernier, la jeune entreprise québécoise a conclu un partenariat avec le géant français de la pétrochimie Total qui pourrait mener à une mise à l’échelle importante de sa méthode. « Aujourd’hui, le procédé Polystyvert est le plus avancé et le plus intéressant pour un producteur comme le nôtre », a déclaré Alain Standaert, directeur de la R&D chez Total, lors d’une entrevue à la télé d’état canadienne.
Aujourd’hui, Polystyvert est en phase d’exploration de son modèle d’affaires, qui repose pour l’instant sur la vente de licences. Celles-ci impliquent des frais d’accès à la technologie, la vente des équipements propriétaires développés par Polystyvert et des royautés par kg de polystyrène recyclé.
Ce modèle repose sur tout un écosystème autour du polystyrène, qui compte trois acteurs principaux : le fournisseur de technologie (Polystyvert), le collecteur de déchets et le transformateur (Total). Le premier tire son revenu de la vente de sa technologie. Le troisième, en répondant aux demandes de ses clients. « Les Danone de ce monde disent à Total et à ses homologues : tu me fournis du plastique recyclé ou j’emploie un autre matériau pour mes pots de yaourt », dit Solenne Brouart Gaillot. En 2020, toutes les résines vierges de l’Union européenne devront contenir au moins 20 % de matière recyclées.
C’est surtout du côté des collecteurs de déchets que ça coince. On ne s’entend pas sur le prix de vente des matières résiduelles. Trop bas aux yeux des collecteurs. Trop élevé aux yeux des transformateurs. Deux avenues sont possibles. Réduire le coût du tri pour les collecteurs, en optimisant le processus. Augmenter le coût de la matière vierge, ce qui inciterait les transformateurs à offrir davantage pour les déchets. La France, par exemple, impose désormais une surtaxe de 10 % aux contenants entièrement faits de matière plastique vierge. Cette intervention du gouvernement rappelle que l’enjeu climatique exige à la fois des percées technologiques et un changement de comportements, à la fois volontaire et induit.
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