Microplastics zijn kleine, bijna onverwoestbare stukjes die afbreken van alledaagse plastic producten. Naarmate we meer leren over microplastics, wordt de situatie steeds erger. We hebben al grote hoeveelheden microplastics aangetroffen in de oceanen en de bodem, en nu vinden we ze op de meest onwaarschijnlijke plaatsen: onze slagaders, longen en zelfs de placenta. Het duurt 100 tot 1000 jaar voordat microplastics zijn afgebroken, en in de tussentijd worden onze planeet en ons lichaam elke dag vervuild door deze materialen.
Het vinden van haalbare alternatieven voor traditionele op aardolie gebaseerde kunststoffen en microplastics is nog nooit zo belangrijk geweest. Uit nieuw onderzoek van wetenschappers van de Universiteit van Californië, San Diego en materiaalwetenschapsbedrijf Algenesis blijkt dat hun plantaardige polymeer binnen zeven maanden biologisch afbreekbaar is, zelfs op het niveau van microplastics. De auteurs van het artikel, gepubliceerd in Nature Scientific Reports, zijn allemaal professoren, alumni of voormalige onderzoekswetenschappers van UC San Diego.
"We beginnen nog maar net de impact van microplastics te begrijpen. We hebben nog maar het oppervlak van de gevolgen voor het milieu en de gezondheid bekrast", zegt Michael Burkart, medeoprichter van Algenesis en hoogleraar scheikunde en biochemie. "We proberen alternatieven te vinden voor materialen die al bestaan en ervoor te zorgen dat die alternatieven aan het einde van hun levensduur biologisch afbreekbaar zijn en zich niet ophopen in het milieu. Dat is niet eenvoudig."
"Toen we dit op algen gebaseerde polymeer ongeveer zes jaar geleden voor het eerst creëerden, was het altijd onze bedoeling dat het volledig biologisch afbreekbaar zou zijn", zegt Robert Pomeroy, een andere auteur van het artikel en tevens hoogleraar scheikunde en biochemie en medeoprichter van Algenesis.
Om de biologische afbreekbaarheid ervan te testen, vermaalde het team het product tot fijne deeltjes en gebruikte het drie verschillende meetinstrumenten om te bevestigen dat het materiaal werd verteerd door micro-organismen wanneer het in de compost werd geplaatst.
Het eerste hulpmiddel is de respirometer. Terwijl micro-organismen het compostmateriaal afbreken, geven ze kooldioxide (CO2) vrij, wat wordt gemeten door de respirometer. Deze resultaten werden vergeleken met de afbraak van cellulose, wat wordt beschouwd als de industriestandaard voor 100% biologische afbreekbaarheid. De biologische afbraaksnelheid van plantaardige polymeren is bijna 100% van die van cellulose.
definitie:
Biologisch afbreekbaar: kan snel worden afgebroken onder invloed van levende organismen. Als iets biologisch afbreekbaar wordt genoemd, betekent dit niet dat het binnen een redelijke tijd of in alle omgevingen zal worden afgebroken.
Microplastics: Plastic fragmenten tussen 500 micron en 5 millimeter lang. Er is nog veel onbekend over microplastics en hun impact op het milieu en de menselijke gezondheid.
Polymeer: Macromolecuul: samengesteld uit kleinere zich herhalende moleculen die monomeren worden genoemd. Alle kunststoffen zijn polymeren, maar niet alle polymeren zijn kunststoffen.
Vervolgens maakte het team gebruik van waterflotatie. Omdat plastic niet oplost in water en blijft drijven, is het gemakkelijk van het wateroppervlak op te scheppen. Elke 90 en 200 dagen werd bijna 100% van de op aardolie gebaseerde microplastics gerecycled, wat betekent dat geen enkele ervan biologisch wordt afgebroken. Aan de andere kant werd slechts 32% van de algenmicroplastics na 90 dagen gerecycled, wat aangeeft dat meer dan tweederde van de algenmicroplastics biologisch afgebroken was. Na 200 dagen was nog maar 3% van de microplastics gerecycled, wat aangeeft dat 97% van de microplastics verdwenen was.
De laatste meting, chemische analyse via gaschromatografie/massaspectrometrie (GCMS), ontdekte de aanwezigheid van monomeren die werden gebruikt om het plastic te maken, wat erop wijst dat het polymeer werd afgebroken tot het uitgangsmateriaal van de plant. Rasterelektronenmicroscopie liet verder zien hoe micro-organismen tijdens het composteren biologisch afbreekbare microplastics koloniseren.
"Dit materiaal is het eerste plastic dat tijdens gebruik geen microplastics produceert", zegt co-auteur Stephen Mayfield, professor aan de School of Biological Sciences en medeoprichter van Algenesis. “Dit is niet alleen een duurzame oplossing voor producten die het einde van hun levensduur hebben en overvolle stortplaatsen, maar ook een plastic waar we niet ziek van worden.”
Het creëren van milieuvriendelijke alternatieven voor op aardolie gebaseerde kunststoffen is slechts een deel van de lange weg naar levensvatbaarheid. De uitdaging is nu hoe dit nieuwe materiaal kan worden gebruikt op bestaande productieapparatuur die oorspronkelijk voor traditionele kunststoffen is gemaakt, en Algenesis boekt op dit gebied vooruitgang. Ze werken samen met verschillende bedrijven om producten te produceren met behulp van plantaardige polymeren die zijn ontwikkeld bij UC San Diego, waaronder Trelleborg voor coatingstoffen en Rhino Shield voor telefoonhoesjes.
"Toen we met dit werk begonnen, kregen we te horen dat dit niet mogelijk was", zei Burkart. "Nu zien we een andere realiteit. Er is nog veel werk aan de winkel, maar we willen mensen hoop geven dat dit mogelijk is."