Duurzaamheid
Kan een ‘Sustainability Metric’ onze plasticvervuiling beteugelen?
Kunststoffen, die voornamelijk uit polymeren bestaan, vormen een brede categorie synthetische of semi‑synthetische organische verbindingen. Het is hun plastisch vermogen dat het mogelijk maakt dat kunststoffen in verschillende vormen kunnen worden gegoten en vele waardevolle toepassingen hebben.
Aangezien plastic goedkoop, veelzijdig en steriel is, vindt het tal van toepassingen, waaronder huishoudelijke apparaten, voedselverpakkingen, bouw en medische instrumenten, waardoor het ons leven verrijkt.
Het gebruik van plastic is de afgelopen decennia sterk toegenomen en leidt nu tot ongeveer 450 miljoen ton plasticafval per jaar. Het vertegenwoordigt zelfs minstens 85 % van het totale mariene afval. Het overgrote deel van het plasticafval (46 %) wordt gestort, slechts 15 % wordt ingezameld voor recycling en minder dan 9 % wordt daadwerkelijk gerecycled. De rest wordt ofwel in kleinere fragmenten omgezet of verbrand.
Naarmate kunststoffen deel uitmaken van het fossiele archief van de aarde, brengen ze ernstige milieu-, gezondheids-, sociale en economische gevolgen met zich mee. Bovendien tonen recente studies een toenemende aanwezigheid van minuscule deeltjes in ons water en voedsel, wat deze problemen verder verergert.
Een nieuwe studie door onderzoekers van Columbia University heeft aangetoond dat flessenwater dat in winkels wordt verkocht, mogelijk tien tot honderd keer meer plastic bevat dan eerder werd geschat. Het plastic dat in het water werd gevonden, was in de vorm van nanodeeltjes, die 1.000 keer dunner zijn dan de gemiddelde breedte van een menselijk haar. Deze nanodeeltjes zijn zo klein dat ze niet onder een microscoop zichtbaar zijn en kunnen via de weefsels van het spijsverteringskanaal of de longen in de bloedbaan migreren. Eenmaal in onze bloedbaan kunnen deze minuscule deeltjes schadelijke synthetische chemicaliën door ons lichaam en in cellen verspreiden.
De studie meldt dat er gemiddeld 240.000 plasticdeeltjes zijn gedetecteerd in één liter water, gelijk aan twee flessen water van standaardformaat. Deze deeltjes kwamen van zeven soorten plastic, waarbij 90 % nanoplastics waren en de resterende 10 % microplastics.
Microplastics zijn polymeerfragmenten variërend van minder dan 0,2 inch tot 1/25.000 inch. Alles kleiner dan dit wordt geclassificeerd als een nanoplastic, gemeten in miljardsten van een meter.
Deze bevinding toont aan dat kunststoffen voortdurend afschilferen, vergelijkbaar met hoe we huidcellen afstoten. Het voortdurende afschilferen van kleine plasticdeeltjes, die vervolgens loskomen, onderstreept het belang van het gebruik van roestvrijstalen of glazen containers om blootstelling te verminderen.
Door de studie “uiterst indrukwekkend” te noemen, zei Sherri “Sam” Mason, directeur duurzaamheid aan de Pennsylvania State University at Erie, die niet bij de studie betrokken was:
“Het werk dat ze hierin hebben gestoken was echt heel diepgaand … Ik zou het baanbrekend noemen.”
Studie van de chemische structuur & risico’s van nanodeeltjes
In 2018 co‑auteurde Mason een studie die voor het eerst het bestaan van microplastics en nanoplastics aantoonde in de overgrote meerderheid (93 %) van de flessenwatermonsters. In haar onderzoek ontdekte ze dat elke vervuilde liter water gemiddeld 300 kleinere deeltjes bevatte, evenals tien plasticdeeltjes die breder waren dan een menselijk haar.
Dus, hoewel al bekend was dat nanoplastics bestonden, was het destijds niet mogelijk om deze deeltjes te beoordelen, laat staan te ontdekken of er meer waren.
Nu, volgens een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences in de derde week van januari 2024, is een nieuwe technologie aangetoond die niet alleen kan zien, maar ook kan tellen en de chemische structuur van nanodeeltjes in flessenwater kan analyseren.
De nieuwe aanpak, die gebaseerd is op een aangepaste versie van de op laser gebaseerde techniek die bekend staat als Raman‑spectroscopie, zal daarbij kunnen helpen. Stimulated Raman Scattering‑microscopie, of SRS, meet hoe moleculen trillen als reactie op licht en versterkt het signaal met een grote magnitude waardoor het nanodeeltje kan worden gedetecteerd. Men verwacht dat dit zal helpen te begrijpen of polymeren, “het plasticgedeelte van plastic”, het lichaam schaden.
Deze studie was de eerste die gebruik maakte van microscopie in de nanoplastic‑wereld. Het onderzoeksteam nam drie niet‑genoemde populaire watermerken die in de VS worden verkocht en ontdekte dat ze 110.000 tot 370.000 plasticdeeltjes bevatten in plaats van 300 per liter.
“Deze deeltjes kunnen anorganische nanodeeltjes, organische deeltjes en enkele andere plasticdeeltjes zijn die niet tot de zeven belangrijkste plasticsoorten behoren die wij bestudeerden.”
– Beizhan Yan, die deel uitmaakte van het onderzoek en associate research professor is aan het Earth Observatory van Columbia University
Het vermogen van deze technologie om nanodeeltjes te zien en te analyseren biedt de mogelijkheid om de potentiële risico’s voor de menselijke gezondheid beter te begrijpen, vooral voor zuigelingen en jonge kinderen wiens hersenen en lichamen zich in de ontwikkelingsfase bevinden en kwetsbaarder zijn voor toxische blootstellingen.
Onder de verschillende soorten plasticvervuiling zijn nanoplastics het meest verontrustend omdat ze zeer klein zijn en de cellen en weefsels van onze belangrijkste organen kunnen binnendringen. Eenmaal daar kunnen deze plasticdeeltjes potentieel chemicaliën zoals zware metalen, ftalaten, bisfenolen, brandvertragers en PFAS (per‑ en polyfluorinated substances) afzetten. Deze endocriene verstoorders (EDC’s) hebben geleid tot een dramatische stijging van de Amerikaanse gezondheidskosten, ongeveer $250 miljard alleen al in 2018, volgens onderzoek.
Al is waargenomen dat de kleine omvang van microplastics hen in staat stelt toxische stoffen uit het milieu op te nemen en de voedselketen binnen te dringen. Bovendien komen alle chemicaliën die bij de productie van plastic worden gebruikt niet alleen ons lichaam binnen samen met het plastic, maar migreren ze ook uit het plastic in ons lichaam, dat een hogere temperatuur heeft dan de externe omgeving.
Deze chemicaliën komen vervolgens in je nieren, lever en hersenen terecht. Vervolgens worden ze aangetroffen in de hersenen, harten, lever, nieren en longen van ongeboren kinderen, zoals waargenomen in studies met zwangere muizen slechts 24 uur nadat de moeder plasticdeeltjes had ingenomen of ingeademd.
“Micro‑ en nanoplastics zijn tot nu toe aangetroffen in de menselijke placenta. Ze zijn aangetroffen in menselijk longweefsel. Ze zijn aangetroffen in menselijke ontlasting; ze zijn aangetroffen in menselijk bloed.”
– Phoebe Stapleton, co‑auteur van de studie en associate professor aan de farmaceutische school van Rutgers University
De duurzaamheid van microplastics duidt erop dat ze langdurige ecologische en gezondheidsrisico’s vormen. Bovendien suggereren recente bevindingen dat natuurlijke gebeurtenissen zoals orkanen ook bijdragen aan deze vervuiling door te fungeren als krachtige verspreidingsmechanismen. Dit vormt een groeiende bedreiging voor ecosystemen en de menselijke gezondheid wereldwijd.
Het probleem van plasticvervuiling oplossen via een Sustainability Metric
Terwijl nieuwe technologieën en benaderingen worden ingezet om voorheen ongeziene nanodeeltjes te analyseren, wordt er ook vooruitgang geboekt in het aanpakken van het probleem van plasticvervuiling. In een recente studie ontwikkelden onderzoekers van de non‑profitorganisatie gewijd aan marien onderzoek, de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), een sustainability metric voor het ecologisch ontwerp van plasticproducten met een lage milieu‑persistentie. Het naleven van deze metric zou naar verwachting milieu‑ en maatschappelijke voordelen opleveren.
De nieuwe studie vergeleek indices voor de milieu‑impact van kunststoffen en hun substituten, wat aantoonde dat het in rekening brengen van de milieu‑persistentie van kunststoffen kan leiden tot voordelen van honderden miljoenen dollars voor één consumentenproduct.
Dergelijke producten worden doorgaans ontworpen door de afwegingen tussen hulpbronnenuitputting en milieukwesties in balans te brengen. Deze balans is noodzakelijk omdat, hoewel er kaders bestaan voor het schatten van deze impacten, er tot nu toe geen is ontwikkeld voor materiaalkeuze of het kwantificeren van milieu‑persistentie. De nieuwste studie beoogt deze kloof te dichten door metrics en methoden te introduceren die ontwerpers, ingenieurs en wetenschappers helpen weloverwogen ontwerpbeslissingen te nemen en onderzoeksprioriteiten te stellen.
Hiervoor heeft een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering, een sustainability metric ontwikkeld voor het ecologisch ontwerp van plasticproducten met een lage milieu‑persistentie.
Ondanks de risico’s die plasticvervuiling voor de menselijke gezondheid en ecosystemen met zich meebrengt, blijft het gebruik van plasticproducten toenemen. Daarom vereist het beperken van de schade ontwerpstrategieën voor plasticproducten die geïnformeerd zijn door de bedreigingen die plastic voor het milieu vormt, zoals in de studie wordt gesteld.
Daartoe is een sustainability metric ontwikkeld voor het eco‑design van plasticproducten, die beoogt prestaties te behouden terwijl een lage milieu‑persistentie wordt gegarandeerd. De analyse identificeert materialen en hun eigenschappen die ontwikkeling, adoptie en investering waard zijn voor de productie van plasticproducten die minder milieubelastend maar toch functioneel zijn.
“Wat belangrijk is om te bepalen, is hoe we functionele, duurzame en onschadelijke materialen, producten en processen kunnen ontwerpen die alle principes van groene materiaalkunde belichamen in de toekomstige wereld waarin we gaan leven.”
– zei hoofdauteur Bryan James, een materiaalkundige en ingenieur
Hij voegde toe:
“Wat zijn de volgende reeks strategieën en tools die ingenieurs, productontwerpers en zelfs de gemiddelde consument kunnen gebruiken om de beste keuzes voor het milieu te maken zonder concessies te doen aan de productprestaties?”
Om deze metric te creëren, maakte de studie gebruik van de milieudegradatiesnelheid van plastic naast gevestigde materiaalkeuze‑strategieën. Deze benadering richtte zich op de milieu‑impact en kenmerken van verschillende materialen, en biedt een gids gebaseerd op hun persistentie in het milieu.
Het implementeren van een sustainability metric voor persistentie is uitdagend geweest vanwege het historische gebrek aan uitgebreide gegevens over de verschillende soorten plastic die in consumentengoederen worden gebruikt. Met de recente toegang tot voldoende gegevens over de realistische milieudegradatiesnelheden van een breed scala aan plastics, kunnen onderzoekers nu aantonen hoe het vervangen van het ene materiaal door een ander in het ontwerpproces zowel de productkosten als de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen.
Door de eigenschappen van verschillende soorten plastic in overweging te nemen en ze strategisch te benutten, kunnen er overschakelingen worden gemaakt om de milieu‑persistentie te minimaliseren, wat aanzienlijke voordelen oplevert.
Bijvoorbeeld paste de studie deze metric toe om over te schakelen op alternatieve materialen zoals cellulosediacetaat en polyhydroxyalkanoaten voor eenmalige koffiekopdeksels. Deze overschakeling zou de maatschappelijke milieukosten met honderden miljoenen dollars kunnen verminderen. Deze deksels, die momenteel gemaakt zijn van materialen zoals polylactic acid, polypropyleen en polystyreen, dragen bij aan ongeveer 5 % van al het plasticafval dat wereldwijd bij kustopruimingen wordt verzameld. Cellulosediacetaat en polyhydroxyalkanoaten zijn, hoewel iets duurder, minder broeikasgas‑emitterend dan polylactic acid en blijven niet persistent in de oceaan.
Bij het bepalen naar welk materiaal moet worden overgeschakeld, onderzocht de studie of het beter is een materiaal met lagere broeikasgasemissies te gebruiken dat langer persistent blijft, of een materiaal met iets hogere emissies maar minder persistentie. Daartoe kennde de studie een dollarwaarde toe aan de milieukosten van elk materiaal.
“Door simpelweg producten te maken die minder persistent zijn, simpelweg omdat ze er niet zijn of sneller verdwijnen, wordt die kost voor de samenleving enorm verminderd.”
– zei hoofdauteur Jame, een postdoc bij de Marine Chemistry & Geochemistry Department van WHOI
Door rekening te houden met de persistentie van het deksel, waar ontwerpers momenteel geen aandacht aan besteden, zei co‑adviseur Christopher Reddy, senior scientist in de Marine Chemistry & Geochemistry Department van WHOI, dat deze metric “baanbrekend” is, omdat het de narratief verschuift van het definiëren van het probleem naar het vinden van oplossingen.
Zoals co‑auteur en co‑adviseur Collin Ward, associate scientist in de Marine Chemistry & Geochemistry Department van WHOI, opmerkte, gezien het feit dat plastic een hoge bruikbaarheid heeft, “ze zullen niet snel verdwijnen.” Echter, iedereen is het eens over het probleem van plasticvervuiling en de mate waarin het in het milieu lekt. Ward zei:
“Het kader dat in deze studie wordt gepresenteerd, vormt een belangrijke eerste stap naar het oplossen van dit probleem door materialen te ontwerpen die tegelijkertijd voldoen aan de behoeften van consumenten en niet persistent blijven als ze per ongeluk in het milieu lekken.”
Klik hier om te leren hoe microplastics van de foetus tot volwassen ons lichaam vervuilen.
Bedrijven die nieuwe oplossingen ontwikkelen om plasticafval te verwijderen
Nu plasticvervuiling een kritiek probleem wordt, werken veel bedrijven wereldwijd aan oplossingen om plasticafval uit waterwegen te verwijderen, zoals:
1. SUEZ Group
Dit Europese bedrijf richt zich wereldwijd op watercyclusbeheer en oplossingen voor afvalrecycling en -herwinning. SUEZ Group heeft bijna 1700 patenten en tien onderzoekscentra om het milieu te beschermen.
De aandelen van het bedrijf zijn genoteerd aan de Euronext-beurzen in Parijs en Brussel en worden momenteel verhandeld tegen EUR 19,83. In september 2023 tekende het twee nieuwe contracten voor water‑ en afvalprojecten om de ambitie van China voor koolstofneutraliteit in 2060 verder te ondersteunen.
2. Clearwater Mills
Het bedrijf heeft Trash Wheels gebouwd om rivierafval aan te pakken en heeft tot nu toe ongeveer 2.000 ton afval opgehaald. Het werkt door opvangboeien in een V‑vorm over de rivier te plaatsen, met rubberen rokken net onder het wateroppervlak om het afval op te vangen en naar het roterende waterwiel te geleiden dat het afval uit de rivier tilt.
Conclusie
Om het ernstige probleem van plasticvervuiling aan te pakken, is het cruciaal zowel het probleem te begrijpen als nieuwe benaderingen te ontdekken om het te bestrijden. Zoals we hebben gezien, worden er studies uitgevoerd om kunststoffen op microscopisch niveau te onderzoeken en de bedreiging die ze vormen voor ecosystemen en de menselijke gezondheid te beoordelen. Daarnaast werken wetenschappers aan verschillende strategieën om de productie van plastic te verminderen en het ontwerp en de materialen van plasticartikelen te verbeteren. Gezamenlijk helpen deze inspanningen ontwerpers, wetenschappers en bedrijven een significante impact te maken op de plasticvervuilingscrisis.
