Kan ett ‘Hållbarhetsmått’ bromsa vår plastförorening?

Plast, som huvudsakligen består av polymerer, är en bred kategori av syntetiska eller halvsyntetiska organiska föreningar. Det är deras plastiskhet som gör det möjligt att forma plast till olika former och har många värdefulla användningsområden. 

Eftersom plast är billig, mångsidig och steril, hittar den många tillämpningar, inklusive hushållsapparater, livsmedelsförpackningar, byggnation och medicinska instrument, vilket tillför värde till våra liv.

Plastanvändningen har under de senaste årtiondena ökat avsevärt och resulterar nu i cirka 450 miljoner ton plastavfall varje år. Faktum är att den står för minst 85 % av det totala marina avfallet. En stor majoritet av plastavfallet (46 %) deponeras, endast 15 % samlas in för återvinning och mindre än 9 % återvinns. Resten antingen bryts ner till mindre fragment eller förbränns. 

När plast blir en del av jordens fossila register medför den allvarliga miljömässiga, hälsomässiga, sociala och ekonomiska konsekvenser. Dessutom visar nyare studier en ökande närvaro av mikroskopiska partiklar i vårt vatten och vår mat, vilket förvärrar problemen ytterligare.

En ny studie av forskare vid Columbia University har funnit att flaskvatten som säljs i butiker faktiskt kan innehålla tio till hundra gånger mer plast än tidigare uppskattat. Plast som hittades i vattnet var i form av nanopartiklar, som är 1 000‑delar av den genomsnittliga bredden på ett mänskligt hår. Dessa nanopartiklar är så små att de inte kan ses under ett mikroskop och kan migrera in i blodomloppet genom vävnaderna i matsmältningskanalen eller lungorna. När de väl är i vårt blodomlopp kan dessa mikroskopiska partiklar sprida skadliga syntetiska kemikalier i hela kroppen och in i cellerna.

Studien noterar att i genomsnitt 240 000 plastpartiklar har upptäckts i en liter vatten, motsvarande två standardstora flaskvatten. Dessa partiklar kom från sju typer av plast, där 90 % var nanopartiklar och de återstående 10 % mikroplaster.

Mikroplaster är polymerfragment som sträcker sig från mindre än 0,2 tum ner till 1/25 000‑del av en tum. Allt som är mindre än detta klassificeras som en nanopartikel, mätt i miljarder meter.

Denna upptäckt visar att plast ständigt släpper av sig material, likt hur vi fäller hudceller. Den kontinuerliga avsättningen av små plastbitar, som sedan bryts loss, understryker vikten av att använda rostfria stålkärl eller glasbehållare för att minska exponeringen.

Att kalla studien “extremt imponerande,” säger Sherri “Sam” Mason, hållbarhetsdirektör vid Pennsylvania State University at Erie, som inte var involverad i studien, och säger: 

“Det arbete de lagt ner är verkligen djupgående … Jag skulle kalla det banbrytande.”

Studera den kemiska strukturen och riskerna med nanopartiklar

Redan 2018 medförfattade Mason en studie som först fann förekomsten av mikroplaster och nanopartiklar i den stora majoriteten (93 %) av flaskvattenproverna. I sin studie upptäckte hon att varje förorenad liter vatten i genomsnitt innehöll 300 mindre partiklar samt tio plastpartiklar som var bredare än ett mänskligt hår. 

Så, även om det redan var känt att nanopartiklar existerade, var det vid den tiden inte möjligt att bedöma dessa partiklar, än mindre att upptäcka om det fanns fler.

Nu, enligt en ny studie publicerad i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences i den tredje veckan i januari 2024, har en ny teknik demonstrerats som inte bara kan se utan också räkna och analysera den kemiska strukturen hos nanopartiklar i flaskvatten.

Den nya metoden, som bygger på en modifierad version av den laserbaserade tekniken känd som Raman-spektroskopi, kommer att kunna hjälpa till med detta. Stimulerad Raman-spridningsmikroskopi, eller SRS, mäter hur molekyler vibrerar som svar på ljus och förstärker signalen med en stor magnitud som möjliggör detektering av nanopartikeln. Det förväntas hjälpa till att förstå huruvida polymerer, “plastdelen av plast”, skadar kroppen.

Denna studie var den första som använde mikroskopi i nanoplastvärlden. Forskarteamet tog tre oidentifierade populära vattenmärken som säljs i USA och fann att de innehöll 110 000 till 370 000 plastbitar istället för 300 per liter. 

“Dessa partiklar kan vara oorganiska nanopartiklar, organiska partiklar och några andra plastpartiklar som inte ingår bland de sju huvudtyper av plast vi studerade.” 

– Beizhan Yan, som var del av forskningen och är associerad forskningsprofessor vid Earth Observatory, Columbia University

Teknikens förmåga att se och analysera nanopartiklar ger möjlighet att bättre förstå de potentiella riskerna för människors hälsa, särskilt för spädbarn och små barn vars hjärnor och kroppar är i utvecklingsfasen och mer sårbara för giftiga exponeringar.

Bland olika typer av plastföroreningar är nanoplast de mest alarmerande eftersom de är mycket små och kan tränga in i celler och vävnader i våra viktigaste organ. När de väl är där kan dessa plastbitar potentiellt avsätta kemikalier som tungmetaller, ftalater, bisfenoler, brandhämmande medel och PFAS (per- och polyfluorerade ämnen). Dessa hormonstörande kemikalier (EDC) har lett till en dramatisk ökning av amerikanska sjukvårdskostnader, omkring 250 miljarder dollar enbart år 2018, enligt forskning.

Det har redan observerats att den lilla storleken på mikroplaster gör att de kan absorbera giftiga ämnen från miljön och komma in i näringskedjan. Dessutom kommer alla kemikalier som används i plastproduktionen inte bara in i våra kroppar tillsammans med plasten utan migrerar även ut ur plasten in i våra kroppar, som har en högre temperatur än den yttre miljön.

Dessa kemikalier hamnar sedan i njurarna, levern och hjärnan. Därefter påträffas de i fosterbarns hjärnor, hjärtan, lever, njurar och lungor, enligt studier på gravida möss bara 24 timmar efter att modern intagit eller inhalerat plastpartiklar.

“Mikro- och nanoplast har påträffats i den mänskliga placentan vid detta tillfälle. De har påträffats i mänsklig lungvävnad. De har påträffats i mänsklig avföring; de har påträffats i mänskligt blod.”  

– Phoebe Stapleton, medförfattare till studien och docent vid farmaceutiska skolan på Rutgers University 

Mikroplastens hållbarhet indikerar att de utgör långsiktiga ekologiska och hälsomässiga risker. Dessutom tyder nyare fynd på att naturliga händelser som orkaner också bidrar till denna förorening genom att fungera som kraftfulla spridningsmekanismer. Detta representerar ett växande hot mot ekosystem och mänsklig hälsa globalt.

Lösa problemet med plastföroreningar med hjälp av hållbarhetsmått

Medan ny teknik och nya metoder används för att analysera tidigare osedda nanopartiklar, görs också framsteg i att tackla problemet med plastförorening. I en nyligen genomförd studie utvecklade forskare från den ideella organisationen för havsforskning, Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), ett hållbarhetsmått för den ekologiska designen av plastprodukter med låg miljömässig beständighet. Att följa detta mått förväntas ge miljömässiga och samhälleliga fördelar.

Den nya studien jämförde index för plastens miljöpåverkan samt deras ersättare, vilket visade att beaktande av plastens miljömässiga beständighet kan leda till fördelar på hundratals miljoner dollar för en enskild konsumentprodukt. 

Sådana produkter designas vanligtvis genom att balansera avvägningar mellan resursutarmning och miljöhänsyn. Denna balans är nödvändig eftersom, även om ramverk finns för att uppskatta dessa effekter, har inga hittills utvecklats för materialval eller kvantifiering av miljöbeständighet. Den senaste studien syftar till att fylla detta gap genom att introducera mått och metoder för att hjälpa designers, ingenjörer och forskare att fatta informerade designbeslut och sätta forskningsprioriteringar.

För detta har en ny studie publicerad i tidskriften ACS Sustainable Chemistry & Engineering utvecklat ett hållbarhetsmått för den ekologiska designen av plastprodukter med låg miljöbeständighet.

Trots de risker som plastföroreningar innebär för människors hälsa och ekosystem fortsätter användningen av plastprodukter att öka. Därför krävs designstrategier för plastprodukter som är informerade av de hot plasten utgör för miljön, enligt studien. 

För detta har ett hållbarhetsmått utvecklats för ekodesign av plastprodukter, vilket syftar till att behålla prestanda samtidigt som man säkerställer låg miljöbeständighet. Analysen identifierar material och deras egenskaper som förtjänar utveckling, antagande och investering för tillverkning av plastprodukter som är mindre miljömässigt påverkande men ändå funktionella.

“Det viktiga att fastställa är hur vi kan designa funktionella, hållbara och ofarliga material, produkter och processer som förkroppsligar alla principer för grön materialteknik i den framtida världen vi kommer att leva i.” 

– säger huvudförfattaren Bryan James, materialvetare och ingenjör

Han tillade:

“Vilka är nästa uppsättning strategier och verktyg som ingenjörer, produktdesigners och även den genomsnittliga konsumenten kan använda för att göra de bästa valen för miljön utan att behöva offra produktprestanda?” 

För att skapa detta mått använde studien plastens miljömässiga nedbrytningshastighet tillsammans med etablerade materialvalstrategier. Detta tillvägagångssätt fokuserade på miljöpåverkan och egenskaper hos olika material, och gav en guide baserad på deras beständighet i miljön.

Implementeringen av ett hållbarhetsmått för beständighet har varit utmanande på grund av historiskt bristande omfattande data om de olika typer av plaster som används i konsumentvaror. Men med nyligen tillgång till tillräckliga data om de realistiska miljömässiga nedbrytningshastigheterna för ett brett spektrum av plaster, kan forskare nu illustrera hur byte av ett material mot ett annat i designprocessen kan minska både produktens kostnad och dess växthusgasutsläpp.

Genom att beakta egenskaperna hos olika typer av plaster och använda dem strategiskt kan byten göras för att minimera miljöbeständighet, vilket ger betydande fördelar.

Till exempel tillämpade studien detta mått för att byta till alternativa material som cellulosediat och polyhydroxyalkanoater för lock på engångskoppar. Detta byte skulle kunna minska de samhälleliga miljökostnaderna med hundratals miljoner dollar. Dessa lock, som för närvarande tillverkas av material som polylaktid, polypropen och polystyren, bidrar till cirka 5 % av allt plastavfall som samlas in i kustrensningar globalt. Cellulosediat och polyhydroxyalkanoater, även om de är något dyrare, har lägre växthusgasutsläpp än polylaktid och beständar inte i havet.

När man bestämmer vilket material som ska bytas till, övervägde studien om det är bättre att använda ett material med lägre växthusgasutsläpp som beständar längre, eller ett med något högre utsläpp men mindre beständighet. För detta tilldelade studien ett dollarvärde till den miljömässiga kostnaden för varje material.

“Att helt enkelt göra produkter som beständar mindre genom att de inte finns där, eller försvinner snabbare, minskar den samhälleliga kostnaden enormt.”

– säger huvudförfattaren Jame, postdoktor vid WHOI:s avdelning för marin kemi & geokemi

Genom att ta hänsyn till lockens beständighet, som designers för närvarande inte beaktar, sade medhandledare Christopher Reddy, seniorforskare i WHOI:s avdelning för marin kemi & geokemi, att detta mått har varit “banbrytande”, eftersom det skiftar narrativet från att definiera problemet till att hitta lösningar.

Som medförfattare och medhandledare Collin Ward, associerad forskare i WHOI:s avdelning för marin kemi & geokemi, påpekade, med tanke på att plast har hög nytta, “de kommer inte att försvinna någon gång snart.” Dock är alla överens om problemet med plastförorening och hur mycket den läcker in i miljön. Ward sade:

“Det ramverk som presenteras i denna studie representerar ett viktigt första steg mot att lösa detta problem genom att designa material som samtidigt uppfyller konsumenternas behov och inte beständar om de oavsiktligt släpps ut i miljön.”

Klicka här för att lära dig hur mikroplaster förorenar våra kroppar från foster till vuxen.

Företag som utvecklar nya lösningar för att avlägsna plastavfall

När plastförorening blir ett kritiskt problem arbetar många företag världen över med lösningar för att avlägsna plastavfall från vattenvägar, såsom:

1. SUEZ Group

Detta europeiska företag fokuserar på vattenkretsloppshantering samt avfallsåtervinning och återvinningslösningar globalt. SUEZ Group har nästan 1700 patent och tio forskningscentra för att skydda miljön.

Företagets aktier är listade på Euronext-börserna i Paris och Bryssel och handlas för närvarande till 19,83 EUR. I september 2023 skrev de under två nya kontrakt för vatten- och avfallsprojekt för att ytterligare stödja Kinas mål om koldioxidneutralitet till 2060.

2. Clearwater Mills

Företaget byggde Trash Wheels för att hantera avfall i floder och har hittills samlat in totalt cirka 2 000 ton skräp. Så fungerar det: inneslutningsbommar konfigureras i V-form över floden med gummiskärmar precis under vattenytan för att fånga skräpet och leda det till det roterande vattenhjulet som lyfter skräpet ur floden.

Slutsats

För att tackla det allvarliga problemet med plastförorening är det avgörande att både förstå problemet och upptäcka nya tillvägagångssätt för att hantera det. Som vi har sett genomförs studier för att undersöka plast på mikroskopisk nivå och bedöma hotet de utgör för ekosystem och människors hälsa. Dessutom arbetar forskare med olika strategier för att minska plastproduktionen och förbättra designen och materialen i plastföremål. Sammantaget hjälper dessa insatser designers, forskare och företag att göra en betydande inverkan på plastföroreningskrisen.

Klicka här för att lära dig om de senaste dykundersökningarna som visar ett behov av innovativa avfallsinsamlingslösningar.