Etude économique de la valorisation

Présentation des différents débouchés

Mise en décharge

Ce débouché est plutôt une forme de stockage des déchets plastiques, en attendant une valorisation rentable. Il pose problème car il nécessite de la place, et libère des molécules toxiques dans l'environnement. En effet, certains plastiques peuvent contenir des additifs de quelques  jusqu'à plus de 100% en concentration du poids des polymères de base. Par exemple, on peut trouver dans les plastiques des plastifiants comme les phtalates, des colorants ou pigments minéraux constitués d'oxydes métalliques, des solvants, des durcisseurs, ou encore des stabilisants. Ces molécules peuvent avoir des conséquences non négligeables sur l'environnement, comme c'est le cas pour le Bisphénol A, interdit en France depuis 2014, car reconnu perturbateur endocrinien.

Valorisation matière

On peut séparer les plastiques en 2 principales catégories: les thermoplastiques, comme le polyéthylène et le polypropylène, et les thermodurcissables. La première catégorie se prête à la régénération, c'est-à-dire la transformation en granules qui peuvent se substituer aux résines neuves, mais pas la seconde, pour laquelle la transformation est irreversible. 

Le problème de cette forme de valorisation est qu'elle nécessite une matière propre et non mélangée, car les plastiques ont des températures de fusion différentes. Un mélange altérera la qualité du produit obtenu. De plus, cela rend difficile l'estimation de la quantité d'additifs déjà contenue dans la matière si l'on doit l'ajuster.

La valorisation matière est donc une solution peu probable pour les plastiques que nous auront extraits, qui sont principalement des plastiques mélangés, contaminés en polluants organiques persistants, et dont la qualité après une longue exposition au sel aura beaucoup été altérée.

Incinération

Ce débouché permet une réduction importante du volume des déchets, de l'ordre de 80 à 90%. De plus, une valorisation financière est possible, puisque l'on tire de la chaleur de ce procédé. Celle-ci peut être utilisée directement, ou bien convertie en électricité. Une autre alternative est la valorisation par co-génération, qui fournie à la fois de la chaleur et de l'électricité. De plus, on peut ainsi traiter des déchets mélangés ou souillés.

Néanmoins, les usines d'incinération ont souvent une mauvaise image, parce qu'elles sont considérées polluantes. Il faut mettre en place un système de traitement des fumées pour limiter la pollution en dioxines par exemple.

Transformation en carburant

Les plastiques mélangés peuvent subir une pyrolyse, qui permet de les transformer en brut ou en diesel après distillation.

En tenant compte des caractéristiques du plastique que nous allons extraire, deux formes de valorisation des plastiques ont été retenues: l'incinération et la transformation en carburant.

Valorisation par incinération

Une des formes de valorisation possibles pour le plastique extrait est l'incinération. Ce procédé offre l'avantage de ne pas avoir à réaliser de pré-traitement pour nettoyer le plastique. L'énergie produite peut-être valorisée en chaleur, électricité ou co-génération. L'usine d'incinération à Portsmouth, en Virginie, a été selectionnée. Cette usine se trouve à proximité du port de la même ville, ce qui permet de réduire les coûts de transport.

Nous considérons un fonctionnement en consortium, qui correspond au regroupement temporaire d'entreprises par exemple, afin de mener à bien un projet. Ainsi, l'usine n'est pas payée pour traiter le plastique, et n'a pas non plus à l'acheter. Ce partenariat  permettrait par exemple de verdir l'image de l'entreprise, qui bénéficierait de la publicité offerte par un tel projet innovant. De plus, on suppose une sous-traitance pour ne pas avoir à prendre en compte les coûts de construction de l'usine.

Brûler 1 tonne de déchets (plastiques et autres) permet de produire 3 333,33 kWh. Les rendements en chaleur et électricité ont été calculés, et seraient respectivement de 52% et 12%. Sachant que les plastiques représentent en moyenne 7% en masse des déchets incinérés, nous finissons par obtenir les recettes pour chaque forme de valorisation. Chaque année 2 1000 tonnes de plastique sont incinérées par l'usine. Chaque tonne de plastique peut nous rapporter 11 667 kWh, soit 245 007 000 kWh par an.

52% de cette énergie, soit 127 403 640 kwh par an, peut être acheminée vers les foyers à proximité de l'usine, tandis que 12%, soit 29 400 840 kWh, peuvent être convertis en électricité. Connaissant le prix revente de chaque énergie produite (0.01 euros pour la chaleur et 0.05 euros pour l'électricité), nous estimons que cela peut rapporter en tout 2 744 078 euros par an.

Le coût de l'incinération est de 90 euros par tonne. On considère que ce coût comprend le séchage des plastiques, nécessaire pour une bonne combustion. Or, les ventes combinées de chaleur ou d'électricité rapportent 130.67 euros par tonne. Un bénéfice de 40.67 euros par tonne est donc envisageable, soit 80 800 euros par an.

Tableaux récapitulatif des bénéfices pour l'incinération 

Valorisation en carburant

Valorisation en diesel

                                                                         

Source: http://www.cynarplc.com/

L'entreprise Cynar plc (logo ci-dessus), dont l'usine est basée à Portlaoise, en Grande Bretagne, a développé un procédé ingénieux qui permet de transformer le plastique habituellement non recyclé en diesel directement utilisable sans modification des moteurs. Ce procédé permet donc de valoriser les sacs plastiques ou films d'emballage par exemple, ce qui permet de ne pas faire concurrence à la filière de recyclage déjà existante pour certains plastiques. Les plastiques mélangés peuvent donc être valorisés par ce procédé. Il s'agit d'une pyrolyse liquide à basse température, suivie d'une étape de distillation. Néanmoins, on suppose que ce procédé, bien qu'acceptant les mélanges de plastiques, nécessite que ceux-ci soient propres, ce qui ne sera pas le cas du plastique extrait. Il faudra certainement ajouter une étape de pré-traitement.

En se basant sur le prix en dollars par gallon, le prix TTC de vente moyen d'un litre de carburant est de 0.77 euros. Un litre de diesel a un coût de production de 0.29 euros. Nous considérons que ce coût inclut également le coût d'un éventuel nettoyage du plastique avant sa transformation en diesel.

Connaissant la capacité de l'usine, qui peut traiter 60 000 tonnes de plastique par an, ainsi que le rendement (selon les estimations, une tonne de plastiques permet de produire entre 900 et 1000 litres de diesel. Nous choisissons donc une moyenne de 950 litres), l'usine peut faire un bénéfice de 27 400 000 euros par an environ.

Ramené à la tonne de plastique, le bénéfice en euros par an est d'environ 456. Nous comparerons cette valeur à celle déterminée pour la transformation en brut.

 

Tableau récapitulatif des coûts, recettes et bénéfices de la valorisation des plastiques en Diesel

Comme pour l'incinération, nous avons considéré un fonctionnement en consortium et sous-traitance.

Valorisation en brut

                                                                 

Source: http://www.agilyx.com/

L'usine Agilyx (logo ci-dessus), basée aux Etats-Unis, en Orégon, a développé un procédé qui permettrait de transformer n'importe quel plastique (mélangé, contaminé) en brut, qu'il faudra donc raffiner avant toute utilisation dans un moteur.

Tout comme pour l'usine Cynar, nous imaginons un fonctionnement en sous-traitance, ce qui nous permet de ne pas prendre en compte le coût de construction d'une usine. De plus, l'usine pourrait également faire partie d'un consortium.

Cette usine a une capacité de 20 tonnes de plastiques par jours, ce qui revient à 7 300 tonnes par an. L'estimation du coût de production par litre a été estimé de la façon suivante: nous avons considéré que les coûts de production pour l'usine qui produit du diesel correspondaient aux coûts de production de l'usine qui produit du brut, auquels on ajoute le coût de raffinage. Connaissant les coûts de production de la première ainsi que le coût de raffinage, nous obtenons que la production d'un litre de brut coûte 0.26 euros, soit 1 780 418 euros par an.

Concernant les recettes, nous avons pu les estimer, connaissant le nombre de barils produits par jour ainsi que le prix de vente d'un baril. Cela permet à l'usine une recette annuelle d'environ 3 218 000 euros, soit un bénéfice de 1 438 030 euros. Ramené à la tonne, cela donne un bénéfice de 440,88 euros.

 

Tableau récapitulatif des recettes, coûts et bénéfices pour la revalorisation des plastiques en Brut          

 

 

 

 

 

 

Comparaison des 3 méthodes

Comparons les 3 solutions de valorisation possibles, par rapport aux critères de bénéfice, coût de transport et coût de stockage, afin de déterminer la solution la plus intéressante.

Bénéfices

Tout d'abord, la valorisation par le biais de Cynar permet dans notre cas un bénéfice par tonne de plastique (recettes - coûts de production) de 456 euros, ce qui est plus élevé que les recettes d'Agilyx ou de l'usine d'incinération.

Tableau comparatif des bénéfices annuels selon la forme de valorisation du plastique

Coûts de stockage

L'usine Cynar a une capacité de traitement de 60 000 tonnes par an, ce qui est largement supérieur aux 7 300 tonnes annuelles traitées par une usine Agilyx. On peut imaginer qu'une usine telle que celle de Cynar écoulera beaucoup plus rapidement le plastique extrait, ce qui représentera un coût de stockage moindre. Nous avons calculé ce coût. En faisant l'hypothèse que l'usine traitera exclusivement notre plastique lorsque nous lui fournirons (ce qui est peu réaliste car l'usine dispose d'autres gisements de matière première, notamment par le biais d'un contrat avec SITA UK), nous avons estimé que l'usine mettrait 6 jours à écouler un stock de 6 mois d'extraction, donc 12 jours pour 2000 tonnes annuelles. Dans le cas de l'hypothèse (également très optimiste) où Cynar utiliserait dans sa matière première chaque jour une proportion de 50% de plastique issus de l'extraction dans l'océan, cela ferait une durée de stockage de 24 jours par an. Afin de réduire les coûts de transport, nous choisissons un entrepôt de stockage situé dans la même ville que l'usine, à Portlaoise. Le stockage représenterait un coût de 340 euros par an si l'usine utilise exclusivement notre plastique, et de 686 euros si l'usine utilise dans sa matière première 50% de plastique issu de notre extraction. En comparaison, le stockage durant les 200 jours nécessaires pour écouler le plastique vers l'usine Agilyx ne coûterait que 593 euros par an, du fait d'un coût inférieur de location de l'entrepôt. De la même façon, le coût de stockage pour l'incinération est de 854 euros par an.

 

Tableau comparatif des coûts annuels de stockage selon la forme de valorisation du plastique

                  

Coûts de transport

Le dernier point concerne les coûts de transport pour apporter les plastiques du centre du gyre, qui est notre point de repère, vers les usines de transformation du plastique en carburant. Il nous faudra donc estimer le coût de transport pour nous rendre en Orégon ou en Irlande. N'ayant pas accès au coût de location d'un bateau et de son équipage, nous considérons que ce prix est moindre face au coût représenté par le carburant. Nous avons estimé les distances grâce à Google Earth et Google Maps pour les transports en bateau et train. Nous avons choisi aux Etats-Unis le port de Portsmouth en Virginie pour l'incinération ainsi que Wilmington pour la valorisation en brut, et en Irlande le port de Galway. D'après le tableau récapitulatif des distances et des coûts associés, il semblerait que les coûts de transport soient moins élevés dans le cas d'un trajet vers l'usine Cynar. Dans le cas du transport en bateau, nous prenons en compte l'aller-retour, alors que pour le train, seulement le trajet aller est considéré.

Tableau comparatif des coûts de transport selon la forme de valorisation du plastique

Suite à ces trois constats, il semblerait que Cynar offre une meilleure alternative économique qu'Agilyx ou l'incinération. Il faut néanmoins vérifier cela grâce à un indicateur de rentabilité.