Studie naar afbreekbare microplastics kwantificeert hun impact op klimaatverandering en ecotoxiciteit
De LCA-methodologie voor biologisch afbreekbare kunststoffen
Elke jaar komt er naar schatting meer dan 20 miljoen ton plastic in het milieu terecht, waarvan een groot deel afbreekt tot microplastics die schadelijk zijn voor de gezondheid van mensen en dieren. Biologisch afbreekbare en biobased kunststoffen, gemaakt van organisch materiaal, worden vaak aangeprezen als duurzamere alternatieven. Tot nu toe hadden wetenschappers echter niet de middelen om de impact van biologisch afbreekbare kunststoffen die niet goed worden afgevoerd, te beoordelen.
Een team van onderzoekers van het Center for Industrial Ecology aan de Yale School of Environment heeft onlangs een waardevolle methode voor milieueffectbeoordeling ontwikkeld om de gevolgen van klimaatverandering en ecotoxiciteit van biologisch afbreekbare microplastics in de natuurlijke omgeving te kwantificeren. De studie, gepubliceerd in Nature Chemical Engineering, werd geleid door postdoctoraal onderzoeker Zhengyin Piao en co-auteur Yuan Yao, universitair docent industriële ecologie en duurzame systemen, samen met doctorandus Amma Asantewaa Agyei Boakye.
Uit het onderzoek bleek dat slechts 50% van de bioplastics daadwerkelijk biologisch afbreekbaar is, en veel biologische opties zijn gebaseerd op fossiele brandstoffen. Buiten de gecontroleerde omstandigheden van een afvalbeheerfaciliteit kunnen biologisch afbreekbare kunststoffen enkele van dezelfde effecten hebben als conventionele kunststoffen, waaronder het afbreken tot kleine, problematische deeltjes. Hoewel ze minder tijd nodig hebben om af te breken, stoten ze ook broeikasgassen uit.
“Er zijn veel mensen die levenscyclusanalyses voor biologisch afbreekbare kunststoffen uitvoeren zonder de impact te kunnen kwantificeren wanneer die kunststoffen de natuur ingaan,” zei Yao. “Er was gewoon geen methode beschikbaar.”
Voor de studie paste het team bestaande tools aan om het lot van biologisch afbreekbare microplastics in aquatische omgevingen te modelleren, waardoor een dynamische methode ontstond die rekening houdt met fluctuaties in emissies naarmate kunststoffen afbreken. Ze testten deze methode met vijf soorten biologisch afbreekbare kunststoffen die de wereldmarkt domineren, waarvan er twee uit petroleum zijn vervaardigd en drie uit organisch materiaal.
Yao merkte op dat de aanname algemeen is dat groeiende biomassa voldoende koolstofdioxide absorbeert om de emissies van afgevoerde biobased biologisch afbreekbare kunststoffen te compenseren. Echter, het onderzoeksteam ontdekte dat de vrijgave van methaan bij de afbraak van deze microplastics in de natuurlijke omgeving een grotere opwarmingseffect had dan de koolstofopname van biomassa-groei.
De studie toonde ook aan dat de afweging afhangt van de afbraaksnelheid en de grootte van de microplastics. Overschakelen van conventionele opties naar alternatieven die sneller afbreken, kan de ecotoxiciteit verminderen, maar kan ook leiden tot hogere broeikasgasemissies. De verschuiving van de belasting leek te verdwijnen voor kleinere microplastics. Voor de kleinste maten die werden getest – deeltjes die een miljoen keer kleiner zijn dan een inch – hadden de minder biologisch afbreekbare kunststoffen de hoogste emissies en toxiciteit.
“Wanneer plastic engineers proberen kunststoffen te ontwerpen, denken ze vaak dat hogere biologisch afbreekbaarheid altijd beter is,” zei Yao. “Onze resultaten tonen aan dat het geen lineaire relatie is.”
De onderzoekers hopen dat de studie zal bijdragen aan het ontwerp van duurzame kunststoffen en afvalbeheersystemen in de toekomst. Het team is momenteel bezig met het verfijnen van het model om het op te schalen voor een globale analyse.
“Het uitvoeren van dit soort grootschalige analyses is echt belangrijk om een beter inzicht te krijgen in welke strategieën de plasticindustrie kan volgen als ze al deze milieueffecten wil verminderen,” voegde Yao toe.
