Słomki są jednym z najczęstszych odpadów z tworzyw sztucznych spotykanych na wybrzeżach. W miarę jak produkuje się, zużywa i utylizuje coraz więcej produktów z tworzyw sztucznych, naukowcy i producenci opracowują alternatywne materiały, które działają równie dobrze i nie przyczyniają się do trwałego zanieczyszczenia środowiska tworzywami sztucznymi.
Jednak nie wszystkie tworzywa sztuczne powstają w ten sam sposób – różni producenci mają różne receptury polimerów bazowych – takich jak kwas polimlekowy (PLA) i polipropylen (PP) – oraz dodatków chemicznych. Oznacza to, że różne formuły tworzyw sztucznych zachowują się odmiennie w środowisku i rozkładają się w oceanie w różnym tempie. Na rynku dostępne są nowe materiały, które odchodzą od produktów ropopochodnych – takie jak dioctan celulozy (CDA), polimer pochodzący z miazgi drzewnej, powszechnie stosowany w towarach konsumpcyjnych – a naukowcy z Instytutu Oceanograficznego Woods Hole (WHOI) odkryli, że pracował nad ilościowym określeniem cyklu życia szerokiej gamy wyrobów z tworzyw sztucznych w środowisku naturalnym, aby odpowiedzieć na nierozwiązane pytanie, jak długo słomki wytrzymują w oceanie?
W nowym artykule opublikowanym w ACS Sustainable Chemistry & Engineering naukowcy z WHOI, Collin Ward, Bryan James, Chris Reddy i Yanchen Sun, porównali różne rodzaje tworzyw sztucznych i papierowych słomek do napojów, aby sprawdzić, które ulegają najszybciej degradacji w oceanie przybrzeżnym . Nawiązali współpracę z naukowcami z firmy produkującej bioplastiki Eastman, którzy zapewnili fundusze, byli współautorami i dostarczyli materiały do badania.
„Brakuje nam pełnej wiedzy na temat tego, jak długo tworzywa sztuczne mogą przetrwać w oceanie, dlatego opracowujemy metody pomiaru szybkości degradacji tych materiałów” – powiedział Ward. „Okazuje się, że w tym przypadku istnieją słomki z bioplastiku, które w rzeczywistości dość szybko ulegają degradacji, co jest dobrą wiadomością”.
Ich podejście polegało na zawieszeniu ośmiu różnych rodzajów słomek w zbiorniku ze stale przepływającą wodą morską z Martha's Vineyard Sound w stanie Massachusetts. W metodzie tej kontrolowano również temperaturę, ekspozycję na światło i inne zmienne środowiskowe, aby naśladować naturalne środowisko morskie. Wszystkie słomki monitorowano pod kątem oznak degradacji przez 16 tygodni i scharakteryzowano zbiorowiska drobnoustrojów rosnące na słomkach.
„Moim interesem było zrozumienie losu, trwałości i toksyczności plastiku oraz tego, jak możemy wykorzystać te informacje do zaprojektowania materiałów nowej generacji, lepszych dla ludzi i planety” – powiedział James. „Mamy wyjątkową możliwość przeniesienia środowiska oceanicznego na ląd w naszych zbiornikach w laboratorium systemów środowiskowych. Dzięki temu mamy bardzo kontrolowane środowisko z naturalną wodą morską”.
Przetestowali słomki wykonane z CDA, polihydroksyalkanianów (PHA), papieru, PLA i PP. W ciągu tygodni zanurzania słomek w zbiornikach CDA, PHA i słomki papierowe uległy degradacji nawet o 50%, co oznacza, że czas życia w oceanie przybrzeżnym wynosi 10–20 miesięcy. Słomki PLA i PP nie wykazywały mierzalnych oznak degradacji.
Następnie naukowcy porównali dwie słomki wykonane z CDA – jedną stałą, a drugą piankową, obie dostarczone przez Eastmana. Słoma wykonana ze spienionego CDA była prototypem, którego zadaniem było sprawdzenie, czy zwiększenie pola powierzchni przyspieszy rozkład. Odkryli, że tempo degradacji słomki piankowej było o 184% szybsze niż jej stałego odpowiednika, co skutkowało krótszym przewidywanym cyklem życia dla środowiska w porównaniu ze słomkami papierowymi.
„Wyjątkowość tej piankowej słomki polega na tym, że może mieć krótszą oczekiwaną żywotność niż słomki papierowe, ale zachowuje właściwości, którymi cieszą się słomki plastikowe lub bioplastikowe” – powiedział James, co czyni ją obiecującą alternatywą dla konwencjonalnych słomek plastikowych w porównaniu do słomek papierowych, które według autorów szybko rozkładają się w oceanie, ale powodują dyskomfort użytkownika w wyniku zamoczenia.
„To badanie może być niezwykle cenne dla producentów słomek, ponieważ dostarcza świadomych i przejrzystych danych przy wyborze materiału na słomki. Co więcej, daje pewność, że słomki na bazie CDA nie przyczynią się do trwałego zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, a jednocześnie pokazuje, że producenci słomek zaangażowanie w oferowanie zrównoważonego produktu, który zmniejsza ryzyko dla życia morskiego” – powiedział Jeff Carbeck, wiceprezes ds. innowacji korporacyjnych w firmie Eastman.
Nauka wspiera odejście od konwencjonalnych materiałów plastikowych. Zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi powoduje szkody dla ludzi i ekosystemów, a przemysł tworzyw sztucznych przyczynia się do zmiany klimatu na dużą skalę, odpowiadając za około 4–5% wszystkich emisji gazów cieplarnianych w całym cyklu ich życia. Ponieważ w ciągu ostatnich 50 lat odpady z tworzyw sztucznych stały się wszechobecne w światowym łańcuchu pokarmowym oceanów i mórz, ważne jest zidentyfikowanie nowych materiałów, które pochodzą ze zrównoważonych źródeł, przyczyniają się do przejścia od gospodarki liniowej do gospodarki o obiegu zamkniętym i rozkładają się, jeśli przypadkowo przedostaną się do środowisko.
„Choć niektórzy nawołują do odchodzenia od tworzyw sztucznych, rzeczywistość jest taka, że tworzywa sztuczne pozostaną. Staramy się zaakceptować fakt, że te materiały będą używane przez konsumentów, a następnie będziemy mogli współpracować z firmami, aby zminimalizować ich wpływ z nich, gdyby przedostały się do środowiska” – powiedział Ward.
„Wiemy, jak ważne jest testowanie, walidacja i zrozumienie degradacji morskiej naszych produktów opartych na CDA, ale brakowało nam niezbędnych zasobów” – powiedział Carbeck. „Wiedząc, że WHOI posiada wiedzę specjalistyczną i zaplecze, podjęliśmy wspólne wysiłki, aby sprostać temu wyzwaniu. To partnerstwo pokazuje siłę współpracy przemysłu i środowisk akademickich w osiąganiu wspólnych celów i wywieraniu pozytywnego wpływu”.
Zespół badawczy odkrył również, że zbiorowiska drobnoustrojów występujące w słomkach, które uległy degradacji, były specyficzne dla każdego materiału słomkowego. Jednakże społeczności drobnoustrojów na obu niedegradujących się słomkach były takie same, pomimo bardzo różnych struktur chemicznych. Dostarczyło to dalszych dowodów na to, że rodzime drobnoustroje rozkładają biodegradowalne słomki, podczas gdy słomki nieulegające biodegradacji prawdopodobnie pozostają w oceanie.
„Nasza wiedza na temat wpływu zanieczyszczeń tworzywami sztucznymi na zdrowie oceanów jest naprawdę niepewna, a w dużej mierze sprowadza się to do nieznajomości długoterminowego losu tych materiałów” – stwierdził Ward. On i reszta zespołu badawczego planują kontynuować pomiary podatności na degradację materiałów z tworzyw sztucznych, mając nadzieję, że wytyczą dalsze kierunki rozwoju branży.
„Współpraca z producentami materiałów niesie ze sobą wiele korzyści, w tym dostęp do zaplecza analitycznego oraz wiedzę i dostęp do ich materiałów, których nie uzyskasz, pracując we własnym silosie” – powiedział Ward. „Próbujemy zoptymalizować ich produkty pod kątem degradacji środowiska, a ostatecznie dobra planety”.
Kluczowe dania na wynos
Nie wszystkie tworzywa sztuczne są tworzone tak samo, a niektóre z nich żyją w oceanie dłużej niż inne. Naukowcy WHOI od lat pracują nad ilościowym określeniem czasu życia w środowisku naturalnym szerokiej gamy towarów z tworzyw sztucznych, aby sprawdzić, które z nich mają najkrótszą i najdłuższą żywotność w oceanie. Aby określić, jakie tworzywa sztuczne utrzymują się w oceanie, zespół testuje różne produkty w dużych zbiornikach, które odtwarzają naturalne środowisko oceaniczne. W pierwszej kolejności skupili się na słomkach do napojów, ponieważ stanowią one jedną z najbardziej rozpowszechnionych form odpadów z tworzyw sztucznych występujących podczas sprzątania plaż. Autorzy odkryli, że słomki wykonane z dioctanu celulozy (CDA), polihydroksyalkanianów (PHA) i papieru rozkładały się nawet o 50% w ciągu 16 tygodni. Wszyscy mieli unikalne społeczności drobnoustrojów, które pomogły w rozkładzie materiału. Prototypowa słomka firmy Eastman, wykonana ze spienionego CDA, ulegała degradacji szybciej niż stała, co oznacza, że zmiana powierzchni słomy może przyspieszyć proces degradacji. Nauka wspiera odejście od trwałych tworzyw sztucznych, co sprawia, że jeszcze ważniejsze jest zapewnienie, że nowe materiały rozpadną się w przypadku przedostania się do środowiska i nie zanieczyszczą oceanu.