Mikromuovit: voivatko tekoäly ja valolla toimiva fotokatalyysi auttaa? Vuoden 2023 katsaus

Tekoäly voi auttaa tiedon analysoinnissa, lääkekehityksessä ja tehtävien automatisoinnissa. Monipuolisuutensa ansiosta siitä voi olla hyötyä myös ympäristötutkimuksessa. Tässä vuoden 2023 katsauksessa tarkastellaan Waterloon yliopiston tutkimusta mikromuovien tunnistamisesta sekä muita tutkimussuuntia.

Mikromuovien ymmärtäminen

Ennen tekoälyn mahdollisuuksien tarkastelua on hyvä ymmärtää, mitä mikromuovit ovat ja millaisia mahdollisia riskejä niihin liittyy ihmisten ja ympäristön kannalta.

Mitä mikromuovit ovat?

Mikromuovit ovat alle viiden millimetrin kokoisia muovihiukkasia. Niitä syntyy suurempien muoviesineiden hajotessa, ja niitä voi tulla esimerkiksi henkilökohtaisen hygienian tuotteiden mikrorakeista sekä vaatteiden pesussa irtoavista synteettisistä kuiduista.

Muovien laajan käytön seurauksena mikromuoveja tavataan merissä, makeissa vesissä ja ilmassa. Pieni koko helpottaa niiden kulkeutumista ekosysteemien välillä ja vaikeuttaa poistamista ympäristöstä.

Mahdolliset riskit

Mikromuovien pieni koko ja pitkä säilyvyys aiheuttavat huolta. Eläimet voivat niellä hiukkasia, jolloin niitä kulkeutuu ravintoketjuun. Koostumuksesta, koosta ja altistuksesta riippuen voi syntyä fysikaalisia tai kemiallisia haittoja. Hiukkasiin voi myös sitoutua ympäristön epäpuhtauksia. Tutkijat ovat jo raportoineet mikromuoveja ihmisen istukoissa. Havainto ei yksin osoita sikiölle aiheutunutta vahinkoa.

Lisäksi niiden laaja levinneisyys ja kestävyys tarkoittavat, että ne kerääntyvät ekosysteemeihin nopeammin kuin ne hajoavat, aiheuttaen pitkäaikaisia ekologisia ja terveysriskejä.

Ihmisten terveysvaikutusten laajuutta tutkitaan edelleen. Hiukkasten löytyminen ei sellaisenaan todista tietyn sairauden aiheutumista.

Äärisään aiheuttama leviäminen

Tutkimukset osoittavat, että hurrikaanit voivat edistää mikromuovien leviämistä. Kanadalaiset tutkijat mittasivat Newfoundlandin rannikon yhdellä havaintopaikalla Larry-hurrikaanin aikana vuonna 2021 enimmillään 113 569 ± 29 215 laskeutunutta mikromuovihiukkasta neliömetriä kohti vuorokaudessa. Kyse oli paikallisesta ilmakehästä maahan tulevasta laskeumasta, ei koko Pohjois-Atlantin keskiarvosta.

Alustava tutkimus ja ilmamassojen kulkeutumismallit tukivat merta hiukkasten todennäköisenä merkittävänä lähteenä. Tulokset havainnollistavat, miten hurrikaanit voivat kuljettaa hiukkasia mereltä maalle ja syrjäisillekin alueille. Ne eivät mittaa kaikkien ihmisten altistusta tai osoita tiettyä terveyshaittaa.

Mitä mikromuoveille tehdään?

Tutkimusryhmät eri puolilla maailmaa kehittävät tapoja mitata, vähentää ja hallita mikromuoveja. Seuraavassa esitellään kaksi tutkimusesimerkkiä.

Tekoäly

Waterloon yliopiston monitieteinen ryhmä esitteli tutkimuksessaan tekoälyjärjestelmän, joka tehostaa mikromuovien tunnistamista.

PlasticNet käyttää syväoppimista eri muovien spektroskooppisten sormenjälkien tunnistamiseen micro-FTIR-aineistosta. Tiedot voivat hyödyttää esimerkiksi seuraavia aloja:

• jäteveden käsittely
• elintarviketuotanto

Tarkka tunnistaminen voi auttaa jätevedenkäsittelijöitä ja elintarviketuottajia arvioimaan saastumista ja valitsemaan kohdennettuja torjuntakeinoja.

PlasticNetiä testattiin paikallisen jätevedenpuhdistamon näytteistä erotetuilla mikromuoveilla. Se tunnisti hiukkasia mutta ei itse poistanut niitä vedestä. Järjestelmän jatkokoulutus ja testaus olivat seuraavia tutkimusvaiheita.

Valolla toimiva fotokatalyysi

Tekoälyn lisäksi tutkitaan fotokatalyysiä muovijätteen muuttamiseksi hyödyllisiksi kemikaaleiksi. Adelaiden yliopiston professori Shizhang Qiaon kanssa työskennellyt ryhmä tutki polyeteenin muuntamista titaanidioksidikatalyytillä, jossa palladium oli hajautettu atomitasolle.

Laboratoriokokeissa polyeteeni esikäsiteltiin typpihapolla, minkä jälkeen valoreaktio tuotti eteeniä ja propionihappoa. Joidenkin tuotteiden suuri selektiivisyys ei tarkoita kaiken muovin täydellistä muuntumista näiksi tuotteiksi.

Polyeteeni on yleistä, mutta kaikki mikromuovit eivät ole sitä. Tutkimus ei osoittanut menetelmää hajallaan ympäristössä tai ihmiskehossa olevien mikromuovien suoraan poistamiseen.

Tekoäly voisi tulevaisuudessa auttaa tällaisten reaktioiden optimoinnissa ja seurannassa. Tämä yhdistelmä on mahdollinen tutkimussuunta, ei kahdessa tutkimuksessa jo osoitettu tulos.

Mitä voit tehdä?

Muovijätteen syntymisen ehkäiseminen voi vähentää ympäristöön päätyvää muovia. Seuraavat ovat esimerkkejä mahdollisista arjen muutoksista.

Minimoi kertakäyttömuovit: Pillien, aterimien ja pussien kaltaisista pienistä kertakäyttötuotteista kertyy väestötasolla paljon jätettä. Uudelleenkäytettävät vaihtoehdot voivat auttaa vähentämään sitä. Aiheesta on jo esimerkkejä julkisista toimista.

Harkitse vaatteiden kuituja: Synteettinen fleece valmistetaan usein polyeteenitereftalaatista eli PET:stä, ja siitä voi irrota muovikuituja. Luonnonkuidut, kuten villa, välttävät tämän nimenomaisen muovilähteen, mutta kokonaisympäristövaikutuksiin vaikuttavat myös valmistus, käyttö ja hoito.

Nämä ovat kaksi mahdollista tapamuutosta. Myös pullojen ja muiden tuotteiden pitkäaikainen uudelleenkäyttö voi vähentää jätettä käyttötavasta ja käyttöiästä riippuen.

Alan toimijat

Edellä esitetyt menetelmät ovat tutkimusvaiheessa. Seuraavat yritykset toimivat kierrätyksen tai vaihtoehtoisten muovien parissa, mutta tämä ei osoita niiden käyttävän PlasticNetiä tai juuri kuvattua fotokatalyyttistä menetelmää.

*Alla olevat luvut ovat päivittämättömiä tilannekuvia alkuperäisestä vuoden 2023 katsauksesta, eivät nykyisiä arvostuksia. Ilmoitetut negatiiviset P/E-luvut eivät ole mielekkäitä arvostusmittareita tappiollisille yrityksille. Tarkista nykyiset luvut ja yritysten tilanne.*

1. PureCycle Technologies, Inc.

PCT Hintakaavio

PureCycle kehittää polypropeenin puhdistamista liuottimen, lämpötilan ja paineen avulla. Värit, hajut ja epäpuhtaudet erotetaan depolymeroimatta muovia. Yhtiö ilmoitti Irontonin tehtaan mekaanisesta valmistumisesta 25.4.2023. Täyden toiminnan nimelliskapasiteetti oli 107 miljoonaa paunaa kierrätysmuovia vuodessa; kyse ei ollut jo saavutetusta vuosituotannosta.

2. Loop Industries, Inc.

LOOP Hintakaavio

Loop Industries (LOOP ) käyttää depolymerointia vaikeasti kierrätettävän PET-muovin ja polyesterikuitujen hajottamiseksi monomeereiksi. L’Oréal oli ilmoittanut yhteistyöstä Loopin kanssa kierrätetyn PET:n tuottamiseksi. Jo esitelty entsymaattisesti kierrätetty L’Oréal-pullo käytti puolestaan Carbiosin tekniikkaa. Loopin ja SK Geo Centricin vuonna 2023 ilmoittama Ulsanin tehdasyhteistyö päättyi 14.1.2025.

3. Danimer Scientific, Inc

Danimer Scientific kehitti biopohjaisia muoveja, muun muassa mikrobien kasviöljyistä tuottamia polyestereitä. Biohajoavuus ja kompostoitavuus riippuvat tuotteesta ja olosuhteista. Yhtiö listautui SPAC-järjestelyllä vuonna 2020, mutta se ei osoita jatkuvaa kasvua. Danimer ja sen tytäryhtiöt hakivat Yhdysvaltain Chapter 11 -menettelyyn 18.3.2025.

Loppupohdinta

Tekoäly voi parantaa mikromuovien tunnistamista, ja fotokatalyysiä tutkitaan tiettyjen muovijätteiden hyödyntämiseksi. Tehokkuutta, turvallisuutta ja taloudellista sovellettavuutta on arvioitava edelleen.

Jatkuva tutkimus voi edistää entistä kestävämpää ja ympäristötietoisempaa tulevaisuutta.