Voiko ‘kestävyysmittari’ hillitä muovisaastuttamme?

Muovit, jotka pääasiassa koostuvat polymeereistä, ovat laaja synteettisten tai puoliksi synteettisten orgaanisten yhdisteiden luokka. Niiden muovautuvuus mahdollistaa muovien muotoilun erilaisiksi muodoiksi ja niiden monia arvokkaita käyttötarkoituksia. 

Koska muovi on halpaa, monikäyttöistä ja steriiliä, sitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten kodinkoneissa, elintarvikepakkausmateriaaleissa, rakennusteollisuudessa ja lääkinnällisissä välineissä, mikä lisää arvoa elämäämme.

Muovin käyttö on viime vuosikymmeninä kasvanut merkittävästi ja johtaa nykyään noin 450 miljoonan tonnin muovijätteeseen vuodessa. Se muodostaa vähintään 85 % kaikesta merijätteestä. Suurin osa muovijätteestä (46 %) päätyy kaatopaikoille, vain 15 % kerätään kierrätettäväksi ja alle 9 % kierrätetään. Loput joko hajoavat pienemmiksi fragmentteiksi tai poltetaan. 

Kun muovit tulevat osaksi maapallon fossiilista kerrostumaa, ne aiheuttavat vakavia ympäristö-, terveys-, sosiaali- ja taloudellisia seurauksia. Lisäksi äskettäiset tutkimukset osoittavat, että yhä pienemmät hiukkaset löytyvät vedestä ja ruoasta, pahentaen näitä ongelmia.

Uusi tutkimus, jonka ovat tehneet Columbia Universityn tutkijat, on havainnut, että kaupassa myytävä pullotettu vesi saattaa sisältää kymmenen‑sataan kertaa enemmän muovia kuin aiemmin arvioitiin. Veteen löydetyt muovit olivat nanopartikkeleita, jotka ovat tuhatta kertaa ohuempia kuin ihmisen hius. Nämä nanopartikkeleet ovat niin pieniä, etteivät ne näy mikroskoopilla, ja ne voivat siirtyä verenkiertoon ruoansulatuskanavan tai keuhkojen kudosten kautta. Kun ne pääsevät verenkiertoon, nämä mikroskooppiset hiukkaset voivat levittää haitallisia synteettisiä kemikaaleja koko kehoon ja soluihin.

Tutkimus toteaa, että keskimäärin 240 000 muovihiukkasta on havaittu yhdessä litrassa vettä, mikä vastaa kahta tavallista pulloa. Nämä hiukkaset olivat peräisin seitsemästä eri muovityypistä, joista 90 % oli nanomuoveja ja loput 10 % mikro‑muoveja.

Mikro‑muovit ovat polymerifragmentteja, jotka vaihtelevat alle 0,2 tuumasta 1/25 000‑tuuman kokoisiin. Kaikki tätä pienemmät luokitellaan nanomuoveiksi, jotka mitataan miljardisista metreistä.

Tämä havainto osoittaa, että muovit irtoavat jatkuvasti, aivan kuten ihosolut. Pienten muovipalausten jatkuva irtoaminen, jotka sitten hajoavat, korostaa ruostumattoman teräksen tai lasin käyttöä altistumisen vähentämiseksi.

Kutsuen tutkimusta “äärimmäisen vaikuttavaksi”, Sherri “Sam” Mason, Pennsylvania State University at Erien kestävyyspäällikkö, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, sanoi: 

“He työ, jonka he tähän laittoivat, oli todella syvällinen … kutsuisin sitä mullistavaksi.”

Nanohiukkasten kemiallisen rakenteen ja riskien tutkiminen

Vuonna 2018 Mason oli mukana kirjoittamassa tutkimusta, jossa ensimmäistä kertaa havaittiin mikro‑ ja nanomuovien esiintyminen suurimmassa osassa (93 %) pullotettujen vesinäytteiden joukosta. Hänen tutkimuksessaan hän löysi, että jokaisessa saastuneessa litrassa vettä oli keskimäärin 300 pienempää hiukkasta sekä kymmenen muovihiukkasta, jotka olivat leveämpiä kuin ihmisen hius. 

Vaikka nanomuovien olemassaolo oli jo tiedossa, tuolloin ei ollut mahdollista arvioida näitä hiukkasia, puhumattakaan siitä, olisiko niitä enemmän.

Nyt, uuden tutkimuksen mukaan, joka julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä tammikuun kolmannella viikolla 2024, on esitelty uusi teknologia, joka ei ainoastaan näe, vaan myös laskee ja analysoi nanopartikkeleiden kemiallista rakennetta pullotetussa vedessä.

Uusi lähestymistapa, joka perustuu muokattuun laser‑pohjaiseen Raman‑spektroskopiaan, pystyy auttamaan tässä. Stimuloitu Raman‑levitys‑mikroskopia (SRS) mittaa, miten molekyylit värähtelevät valon vaikutuksesta, ja vahvistaa signaalia niin voimakkaasti, että nanopartikkeli voidaan havaita. Sen odotetaan auttavan ymmärtämään, vahingoittavatko polymeerit, “muovin muovinen osa”, kehoa.

Tämä tutkimus oli ensimmäinen, joka käytti mikroskopiaa nanomuovien alalla. Tutkimusryhmä otti kolme nimeämätöntä suosituinta vesibrändiä, joita myydään Yhdysvalloissa, ja havaitsi, että ne sisälsivät 110 000–370 000 muovipalaa litraa kohti, eikä 300:aa. 

“Nämä hiukkaset voivat olla epäorgaanisia nanopartikkeleita, orgaanisia hiukkasia ja joitakin muita muovihiukkasia, jotka eivät kuulu seitsemään tutkimassamme päämuovityyppiin.”

– Beizhan Yan, joka oli osa tutkimusta ja on apulaisprofessori Columbia Universityn Maailmankobservatoriossa

Tämän teknologian kyky nähdä ja analysoida nanopartikkeleita tarjoaa mahdollisuuden ymmärtää paremmin mahdollisia terveysriskejä ihmisille, erityisesti imeville ja nuorille lapsille, joiden aivot ja kehot ovat kehittymässä ja ovat alttiimpia myrkyllisille altistuksille.

Erilaisista muovisaasteen muodoista nanomuovit ovat huolestuttavimpia, koska ne ovat erittäin pieniä ja voivat päästä soluihin ja tärkeimpien elinten kudoksiin. Saavuttuaan sinne nämä muovipalat voivat mahdollisesti kerätä kemikaaleja, kuten raskasmetalleja, ftalaatteja, bisfenoleja, palonestoaineita ja PFAS‑yhdisteitä (per‑ ja polyfluoroituneet aineet). Nämä hormonitoimintaa häiritsevät kemikaalit (EDC:t) ovat aiheuttaneet dramaattisen kasvun Yhdysvaltojen terveydenhuoltokustannuksissa, noin 250 miljardia dollaria pelkästään vuonna 2018, tutkimuksen mukaan.

On jo havaittu, että mikro‑muovien pieni koko mahdollistaa niiden myrkyllisten aineiden imeytymisen ympäristöstä ja siirtymisen ravintoketjuun. Lisäksi kaikki muovin tuotannossa käytetyt kemikaalit eivät ainoastaan päädy kehoomme muovien mukana, vaan myös siirtyvät muoveista kehoomme, jonka lämpötila on korkeampi kuin ulkoisessa ympäristössä.

Nämä kemikaalit päätyvät sitten munuaisiin, maksaan ja aivoihin. Tämän jälkeen ne löytyvät sikiöiden aivoista, sydämistä, maksista, munuaisista ja keuhkoista, kuten raskaana olevien hiirten tutkimuksissa havaittiin vain 24 tunnin kuluttua sen jälkeen, kun emo oli nauttinut tai hengittänyt muovihiukkasia.

“Mikro‑ ja nanomuoveja on löydetty tähän mennessä ihmisen istukasta. Ne on löydetty ihmisen keuhkokudoksesta. Ne on löydetty ihmisen ulosteesta; ne on löydetty ihmisen verestä.”

– Phoebe Stapleton, tutkimuksen yhteiskirjoittaja ja apulaisprofessori Rutgersin yliopiston farmasian koulussa 

Mikro‑muovien kestävyys osoittaa, että ne aiheuttavat pitkäaikaisia ekologisia ja terveysriskejä. Lisäksi äskettäiset havainnot viittaavat siihen, että luonnonilmiöt, kuten hurrikaanit, edistävät tätä saastumista toimimalla voimakkaina jakelumekanismeina. Tämä muodostaa kasvavan uhan ekosysteemeille ja ihmisten terveydelle maailmanlaajuisesti.

Muovisaasteen ongelman ratkaiseminen kestävyyden mittarin avulla

Vaikka uusia teknologioita ja lähestymistapoja hyödynnetään aiemmin näkemättömien nanopartikkeleiden analysointiin, edistystä tapahtuu myös muovisaasteen torjumisessa. Äskettäisessä tutkimuksessa Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) -meritutkimukseen keskittyvä voittoa tavoittelematon organisaatio kehitti kestävyyden mittarin, joka ohjaa muovituotteiden ekologista suunnittelua vähäisen ympäristönkestävyyden omaaviksi. Tämän mittarin noudattamisen odotetaan tuottavan ympäristö‑ ja yhteiskuntahyötyjä.

Uusi tutkimus vertaili indeksejä muovien ja niiden korvaavien aineiden ympäristövaikutuksista, ja se osoitti, että muovien ympäristönkestävyyden huomioon ottaminen voisi tuottaa satojen miljoonien dollarien hyödyt yhdelle kuluttajatuotteelle.

Tällaiset tuotteet suunnitellaan yleensä tasapainottamalla resurssien kulutuksen ja ympäristökysymysten välistä kompromissia. Tämä tasapaino on tarpeen, koska vaikka kehyksiä on olemassa näiden vaikutusten arvioimiseksi, tähän mennessä ei ole kehitetty kehyksiä materiaalivalintaan tai ympäristönkestävyyden kvantifiointiin. Viimeisin tutkimus pyrkii täyttämään tämän aukon esittelemällä mittareita ja menetelmiä, jotka auttavat suunnittelijoita, insinöörejä ja tutkijoita tekemään tietoisia suunnittelupäätöksiä ja asettamaan tutkimusprioriteetteja.

Tämän vuoksi ACS Sustainable Chemistry & Engineering -lehdessä julkaistu uusi tutkimus on kehittänyt kestävyyden mittarin muovituotteiden ekologista suunnittelua varten, joilla on alhainen ympäristönkestävyys.

Huolimatta muovisaasteen aiheuttamista riskeistä ihmisten terveydelle ja ekosysteemeille, muovituotteiden käyttö jatkaa kasvuaan. Siksi sen haittojen rajoittaminen edellyttää muovituotteiden suunnittelustrategioita, jotka perustuvat muovien ympäristölle aiheuttamiin uhkiin, kuten tutkimuksessa todetaan.

Tämän vuoksi on kehitetty kestävyyden mittari muovituotteiden ekosuunnittelua varten, jonka tavoitteena on säilyttää suorituskyky samalla kun varmistetaan alhainen ympäristönkestävyys. Analyysi tunnistaa materiaalit ja niiden ominaisuudet, jotka ansaitsevat kehittämisen, käyttöönoton ja investoinnin muovituotteiden valmistamiseksi, jotka ovat vähemmän ympäristövaikutteisia mutta toimivia.

“Tärkeää on määrittää, miten voimme suunnitella toimivia, kestäviä ja harmittomia materiaaleja, tuotteita ja prosesseja, jotka sisällyttävät kaikki vihreän materiaalisuunnittelun periaatteet tulevaisuuden maailmaan, jossa aiomme elää.”

– sanoi pääkirjoittaja Bryan James, materiaalitieteilijä ja insinööri

Hän lisäsi:

“Mitkä ovat seuraavat strategiat ja työkalut, joita insinöörit, tuotesuunnittelijat ja jopa tavallinen kuluttaja voivat käyttää tehdäkseen parhaat valinnat ympäristön hyväksi ilman, että tuotteen suorituskykyä täytyy uhrata?”

Tämän mittarin luomiseksi tutkimus hyödynsi muovin ympäristön hajoamisnopeutta yhdessä vakiintuneiden materiaalivalintastrategioiden kanssa. Tämä lähestymistapa keskittyi eri materiaalien ympäristövaikutuksiin ja ominaisuuksiin, tarjoten oppaan niiden ympäristönkestävyydestä.

Kestävyyden mittarin käyttöönotto ympäristönkestävyyden osalta on ollut haastavaa, koska historiallisesti puuttui kattavaa tietoa kulutustavaroissa käytetyistä eri muovityypeistä. Kuitenkin äskettäinen pääsy riittävään dataan monien muovien realistisista ympäristönhajoamisnopeuksista mahdollistaa tutkijoille nyt osoittaa, miten yhden materiaalin vaihtaminen toiseen suunnitteluprosessissa voi vähentää sekä tuotteen kustannuksia että sen kasvihuonekaasupäästöjä.

Kun otetaan huomioon eri muovityyppien ominaisuudet ja hyödynnetään niitä strategisesti, voidaan tehdä vaihtoja, jotka minimoivat ympäristönkestävyyden ja tarjoavat merkittäviä hyötyjä.

Esimerkiksi tutkimus sovelsi tätä mittaria siirtyäkseen vaihtoehtoisiin materiaaleihin, kuten selluloosi‑di‑asetaattiin ja polyhydroksialkanoatteihin, kertakäyttöisten kahvikuppien kansille. Tämä vaihto voisi vähentää yhteiskunnan ympäristökustannuksia satojen miljoonien dollarien verran. Nämä kannet, jotka tällä hetkellä valmistetaan materiaaleista kuten polylaktidi, polypropeeni ja polystyreeni, muodostavat noin 5 % kaikesta maailmanlaajuisesti kerätyistä rannikkopuhdistuksissa löytyneistä muovijätteistä. Selluloosi‑di‑asetaatti ja polyhydroksialkanoatit, vaikka hieman kalliimpia, tuottavat vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin polylaktidi eivätkä kestä meressä.

Päätettäessä, mihin materiaaliin siirrytään, tutkimus harkitsi, onko parempi käyttää materiaalia, jonka kasvihuonekaasupäästöt ovat alhaisemmat mutta kestävyys pidempi, vai materiaalia, jonka päästöt ovat hieman korkeammat mutta kestävyys lyhyempi. Tämän vuoksi tutkimus antoi jokaiselle materiaalille dollarin arvon sen ympäristökustannuksista.

“Pelkkä tuotteiden valmistaminen, jotka kestävät vähemmän olemalla poissa tai katoamalla nopeammin, vähentää yhteiskunnan kustannuksia valtavasti.”

– sanoi pääkirjoittaja Jame, postdoc WHOI:n Merikemia‑ ja geokemiaosastossa

Kun otetaan huomioon kannen kestävyys, jota suunnittelijat eivät tällä hetkellä huomioi, neuvonantaja Christopher Reddy, WHOI:n Merikemia‑ ja geokemiaosaston vanhempi tutkija, sanoi, että tämä mittari on ollut “vallankumouksellinen”, koska se siirtää kerrontaa ongelman määrittelystä ratkaisujen löytämiseen.

Kuten yhteiskirjoittaja ja neuvonantaja Collin Ward, WHOI:n Merikemia‑ ja geokemiaosaston apututkija, totesi, että muoveilla on suuri hyöty, “ne eivät ole menossa mihinkään lähiaikoina”. Kuitenkin kaikki ovat yhtä mieltä muovisaasteen ongelmasta ja siitä, kuinka paljon se vuotaa ympäristöön. Ward sanoi:

“Tässä tutkimuksessa esitetty kehys edustaa tärkeää ensimmäistä askelta tämän ongelman ratkaisemiseksi suunnittelemalla materiaaleja, jotka täyttävät kuluttajien tarpeet ja eivät kestä, jos ne vahingossa vuotavat ympäristöön.”

Klikkaa tästä oppiaksesi, miten sikiöstä aikuisuuteen mikromuovit saastuttavat kehoamme.

Yritykset, jotka kehittävät uusia ratkaisuja muovijätteen poistamiseksi

Kun muovisaaste on noussut kriittiseksi ongelmaksi, monet yritykset ympäri maailmaa työskentelevät ratkaisujen parissa muovijätteen poistamiseksi vesistöistä, kuten:

1. SUEZ Group

Tämä eurooppalainen yritys keskittyy vesikierron hallintaan sekä jätteiden kierrätys‑ ja palautusratkaisuihin maailmanlaajuisesti. SUEZ Groupilla on lähes 1700 patenttia ja kymmenen tutkimuskeskusta ympäristön suojelemiseksi.

Yrityksen osakkeet noteerataan Euronext‑pörsseissä Pariisissa ja Brysselissä, ja niiden nykyinen kauppahinta on 19,83 €. Syyskuussa 2023 se allekirjoitti kaksi uutta sopimusta vesien ja jätteiden projekteista tukeakseen Kiinan vuoden 2060 hiilineutraaliustavoitetta.

2. Clearwater Mills

Yritys rakensi Trash Wheels -järjestelmän käsittelemään jokivettä ja on tähän mennessä kerännyt yhteensä noin 2 000 tonnia roskaa. Järjestelmä toimii siten, että pidätysmuodot asetetaan V‑muotoon joen yli kumipukuilla juuri veden pinnan alapuolella, jotka keräävät roskan ja ohjaavat sen pyörivään vesipyörään, joka nostaa roskan pois joesta.

Yhteenveto

Jotta vakava muovisaasteongelma voitaisiin ratkaista, on olennaista sekä ymmärtää ongelma että löytää uusia lähestymistapoja sen torjumiseksi. Kuten olemme nähneet, tutkimuksia tehdään muovien tarkastelemiseksi mikroskooppisella tasolla ja niiden aiheuttaman uhan arvioimiseksi ekosysteemeille ja ihmisten terveydelle. Lisäksi tutkijat työskentelevät erilaisilla strategioilla muovin tuotannon vähentämiseksi ja muovituotteiden suunnittelun ja materiaalien parantamiseksi. Yhdessä nämä ponnistelut auttavat suunnittelijoita, tutkijoita ja yrityksiä vaikuttamaan merkittävästi muovisaastekriisiin.

Klikkaa tästä oppiaksesi viimeaikaisista sukellustutkimuksista, jotka osoittavat tarpeen innovatiivisille jätekeräysratkaisuille.