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L’Université du Minnesota a annoncé aujourd’hui qu’elle avait reçu une subvention de renouvellement de 20 millions de dollars de la National Science Foundation (NSF) pour la recherche au NSF Center for Sustainable Polymers, axée sur les découvertes de la prochaine génération axées sur les plastiques respectueux de l’environnement. Le financement comprend également un volet éducatif pour sensibiliser à l’impact des plastiques sur notre environnement.

Le NSF Center for Sustainable Polymers est l’un des neuf centres d’innovation chimique de phase II jamais financés par la NSF. Les Centers for Chemical Innovation Awards sont les plus grandes récompenses individuelles de la Division de chimie de la NSF.

Le Centre NSF pour les polymères durables sur le campus de l’Université du Minnesota-Twin Cities effectue des recherches de base sur les polymères – les molécules qui composent les plastiques. Le centre est unique en ce qu’il rassemble les meilleurs chercheurs de partout au pays pour se concentrer sur l’amélioration de ces composés polymères. Les partenaires académiques de l’Université du Minnesota comprennent l’Université Cornell; Université du nord-ouest; Université de Californie, Berkeley; Université de Chicago; Université de Washington à St. Louis; et Université du Dakota du Sud. Des entreprises de partout au pays travaillent également avec des chercheurs universitaires pour conseiller l’industrie.

Relevez un défi de taille

«Les plastiques traditionnels sont des matériaux incroyables qui améliorent notre vie quotidienne de bien des manières et il est peu probable qu’ils disparaissent de si tôt», a déclaré Marc Hillmyer, directeur du NSF Center for Sustainable Polymers et président du président de McKnight au département de l’Université du Minnesota. de chimie. « Le problème, cependant, est que ce qui rend ces matériaux si utiles – leur faible coût, leur durabilité et leur résistance – crée des défis en termes d’impact environnemental et de recherche d’alternatives renouvelables et dégradables. »

En raison de leur résistance et de leur durabilité, les plastiques ne se décomposent pas sur une période de temps raisonnable. S’ils ne sont pas correctement éliminés ou si des voies de recyclage ne sont pas disponibles, ils peuvent s’accumuler dans l’environnement et causer des problèmes écologiques. De plus, leur faible coût les rend omniprésents dans notre société pour une myriade d’applications et il est difficile de trouver des matériaux de substitution bon marché pour les consommateurs.

Ces problèmes peuvent être décourageants. Selon l’Université de Géorgie, environ 18 milliards de livres de déchets plastiques se déversent dans les océans depuis les régions côtières chaque année, l’équivalent de cinq sacs à provisions de déchets plastiques à chaque pied de la côte mondiale. L’Université de Californie à Santa Barbara estime qu’environ 40% du plastique qu’elle produit est un emballage qui n’est utilisé qu’une seule fois, puis jeté. Cela a conduit à l’interdiction des sacs en plastique, des pailles et d’autres articles à usage unique dans le monde entier.

Le NSF Center for Sustainable Polymers adopte une approche globale pour atteindre cet objectif ambitieux. La biomasse végétale abondante et durable est convertie en plastique en combinant de nouvelles méthodes de chimie verte synthétique avec des techniques de traitement innovantes qui aboutissent à des matériaux pour de nombreux produits différents pouvant être utilisés dans tout, des emballages alimentaires et des boissons aux produits automobiles.

Ces nouveaux plastiques sont puissants, non toxiques, biodégradables, recyclés, traités ou brûlés de manière écologique. À partir de ces efforts de recherche fondamentale, les chercheurs du centre créent la base sur laquelle de nouvelles technologies de remplacement peu coûteuses et compétitives peuvent être construites.

Mettre en évidence les réalisations de la recherche

Le NSF Center for Sustainable Polymers, fondé en 2009 à l’Université du Minnesota dans le cadre de l’Initiative pour les énergies renouvelables et l’environnement, a remporté de nombreux succès.

  • Des chercheurs de l’Université du Minnesota et de Cornell ont conjointement trouvé un moyen d’utiliser les deux plastiques les plus couramment utilisés, le polypropylène isotactique et le polyéthylène, et de les rendre compatibles. Ces deux matériaux, qui doivent actuellement être séparés dans le flux de recyclage, peuvent désormais être combinés grâce à l’utilisation de nouveaux polymères développés au NSF Center for Sustainable Polymers. Cela pourrait avoir un impact significatif sur l’industrie du recyclage en ouvrant de nouvelles voies pour les matériaux recyclés.
  • Les chercheurs du centre ont utilisé la technologie microbienne pour développer un moyen rentable de rendre durables des mousses flexibles économiquement viables pour les articles de tous les jours tels que les sièges et les oreillers. Suite à cette découverte, un projet mené par des doctorants a montré que la mousse peut être retournée chimiquement à sa matière première.
  • Une équipe de chercheurs du CSP a inventé une nouvelle technologie permettant de fabriquer le principal composant des pneus de voiture, l’isoprène, à partir de matières premières renouvelables. Cela pourrait motiver l’industrie de la fabrication de pneus à utiliser des matières premières renouvelables directement dans nos arrière-cours.
  • Le centre a déposé 27 demandes de brevet et publié plus de 200 articles de recherche évalués par des pairs sur ses découvertes.
  • Deux start-ups (Valerian Materials et CycloPure) sont issues des efforts du centre.

« Nous avons vu beaucoup de succès avant, mais le potentiel est infini », a déclaré Hillmyer. « La technologie évolue rapidement et nous devons trouver des moyens de repousser les limites de la science pour développer de meilleurs matériaux qui répondent à nos besoins et ne nuisent pas à notre environnement. »

Développement de programmes éducatifs et de contact

Pour sensibiliser aux problèmes environnementaux liés aux plastiques et inspirer la prochaine génération de scientifiques et d’ingénieurs, le NSF Center for Sustainable Polymers a formé au cours des cinq dernières années un partenariat étendu avec 4-H pour créer des modules pour les sciences naturelles Développer des leçons pour les adolescents dans 4 ans -H. Le développement du module comprenait le travail d’éducateurs en vulgarisation de l’Université du Minnesota, Cornell, et de l’Université de Californie, Davis.

Les modules de sciences et de physique pour les classes K-2 ont été publiés en 2017 et téléchargés par plus de 130 enseignants pour une utilisation avec environ 13000 adolescents dans 29 États et trois pays. Les modules pour les classes 3-5 et 6-8 sont en phase finale de révision et seront publiés dans les mois à venir. Grâce à ce nouveau financement, le centre travaillera à l’élaboration de modules pour les jeunes enseignants 4-H pour les élèves de la 9e à la 12e année afin d’aider les jeunes plus âgés à mettre en œuvre les modules dans leurs propres communautés.

Le Centre NSF pour les polymères durables gère également un programme de recherche d’été annuel pour les étudiants et a une forte présence dans le bâtiment EcoExperience pendant les 12 jours de la Foire de l’État du Minnesota.

«Le développement de voies chimiques durables est l’un des besoins les plus pressants de la science moderne», a déclaré Carol Bessel, directrice par intérim de la chimie à NSF. « Les centres NSF comme le Center for Sustainable Polymers réunissent des scientifiques pour répondre à des questions difficiles et promouvoir des partenariats transformateurs pour l’éducation du public. NSF est fière du travail efficace du centre, y compris le développement de matériaux renouvelables à base de plantes et de voies pour le bio, continue de soutenir la dégradation et un recyclage facile, ainsi que la mise en contact de milliers de personnes via 4-H et à la foire d’État du Minnesota.  »

Hillmyer convient que le NSF Center for Sustainable Polymers peut avoir un impact significatif sur les générations futures.

«Notre objectif est d’élargir la participation à ce sujet et de créer un pipeline pour les chercheurs de différents horizons afin de résoudre le problème des plastiques traditionnels», a déclaré Hillmyer. « Les générations futures comptent sur nous et je suis fier de diriger une équipe de chercheurs aussi incroyable avec une vision partagée pour une société plus durable. »

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