Nytt bioplasthalm bryts ner ännu snabbare i havet än papper

Forskare bestämmer livslängden för kommersiella sugrör i kusthavet och utvecklar en prototyp av bioplasthalm som bryts ned ännu snabbare än papper.

En WHOI-studie har visat att vissa biologiskt nedbrytbara strån bryts ned till 50 % inom 16 veckor i marina miljöer, vilket utgör ett hållbart alternativ till traditionell plast och bidrar till minskad havsförorening.

Strån rankas bland de vanligaste plastavfallsföremålen som skräpar ned kusten. Med produktion, konsumtion och bortskaffande av plastprodukter på uppåtgående, utvecklar forskare och tillverkare alternativa material som presterar lika effektivt utan att lägga till pågående plastföroreningar.

Men alla plaster är inte skapade på samma sätt – olika tillverkare har olika formuleringar av baspolymerer – som polylaktisk syra (PLA) och polypropen (PP) – och kemiska tillsatser. Det betyder att olika plastformuleringar beter sig olika i miljön och bryts ner i havet i olika takt. Det finns nya material på marknaden som går bort från petroleumbaserade produkter – som cellulosadiacetat (CDA), en polymer som härrör från trämassa som används allmänt i konsumentvaror – och forskare från Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) har arbetat att kvantifiera miljölivslängderna för ett brett utbud av plastvaror för att svara på den olösta frågan, hur länge håller strån i havet?

Testning och resultat på halmnedbrytning

I en ny tidning publicerad i ACS Sustainable Chemistry & Engineering, WHOI-forskarna Collin Ward, Bryan James, Chris Reddy och Yanchen Sun sätter olika typer av sugrör av plast och papper head-to-head för att se vilka som försämras snabbast i kusthavet. De samarbetade med forskare från bioplasttillverkningsföretaget Eastman, som gav finansiering, bidrog som medförfattare och levererade material till studien.

”Vi saknar en fast förståelse för hur länge plast håller i havet, så vi har designat metoder för att mäta hur snabbt dessa material bryts ned,” sa Ward. ”Det visar sig att det i det här fallet finns några sugrör av bioplast som faktiskt bryts ned ganska snabbt, vilket är goda nyheter.”

Lovande utveckling inom biologiskt nedbrytbara sugrör

Deras tillvägagångssätt innebar att suspendera åtta olika typer av sugrör i en tank med kontinuerligt strömmande havsvatten från Martha’s Vineyard Sound, Massachusetts. Denna metod kontrollerade också temperaturen, ljusexponeringen och andra miljövariabler för att efterlikna den naturliga marina miljön. Alla strån övervakades för tecken på nedbrytning under 16 veckor, och de mikrobiella samhällena som växte på stråna karakteriserades.

”Mitt intresse har varit att förstå ödet, beständigheten och toxiciteten hos plast och hur vi kan använda den informationen för att designa nästa generations material som är bättre för människor och planeten,” sa James. ”Vi har den unika förmågan att ta med havets miljö på land i våra tankar på miljösystemlaboratoriet. Det ger oss en mycket kontrollerad miljö med naturligt havsvatten.”

De testade sugrör gjorda av CDA, polyhydroxialkanoater (PHA), papper, PLA och PP. Under veckorna som stråna var nedsänkta i tankarna, försämrades CDA, PHA och pappersstrån med upp till 50 %, vilket projicerade miljölivslängder på 10-20 månader i kusthavet. PLA- och PP-stråna visade inga mätbara tecken på nedbrytning.

Miljöpåverkan av halmmaterial

Forskarna jämförde sedan två strån gjorda av CDA – ett fast och det andra ett skum, båda från Eastman. Halmen gjord av skummad CDA var en prototyp för att se om en ökning av ytan skulle påskynda nedbrytningen. De fann att nedbrytningshastigheten för skumstråna var 184 % snabbare än dess solida motsvarighet, vilket resulterade i en kortare beräknad miljölivslängd än pappersstråna.

”De unika aspekterna av detta skumstrån är att det kan ha en kortare förväntad livslängd än pappersstråna men behåller egenskaperna som du tycker om ett sugrör av plast eller bioplast”, sa James, vilket gör det till ett lovande alternativ till konventionella plaststrån. jämfört med papperssugrör, som bryts ned snabbt i havet men surar användarupplevelsen genom att bli blöta, enligt författarna.

Industri och miljöperspektiv

”Denna studie kan vara oerhört värdefull för halmtillverkare genom att tillhandahålla informerade och transparenta data när de väljer material för sugrör. Ännu mer ger det en försäkran om att CDA-baserade strån inte kommer att öka den ihållande plastföroreningen, samtidigt som det visar halmtillverkarnas engagemang för att erbjuda en hållbar produkt som minskar risken för marint liv, säger Jeff Carbeck, Eastmans vicepresident för företag. Innovation.

Plastens ihållande utmaning

Vetenskapen stödjer en stöt bort från konventionellt plastmaterial. Plastföroreningar skadar människor och ekosystem och plastindustrin är en storskalig bidragsgivare till klimatförändringarna och står för ungefär 4 till 5 % av alla utsläpp av växthusgaser under hela livscykeln. Med plastavfall som blivit allestädes närvarande i den globala havets och marina näringskedjan under de senaste 50 åren, är det viktigt att identifiera nya material som är hållbart framställda, bidrar till övergången från en linjär till en cirkulär ekonomi, och bryts ner om de av misstag läcker in i miljön.

”Medan vissa trycker på för att flytta bort från plast, är verkligheten att plast är här för att stanna. Vi försöker acceptera det faktum att dessa material kommer att användas av konsumenter, och sedan kan vi arbeta med företag för att minimera effekterna av dem om de skulle läcka ut i miljön, säger Ward.

Samarbete för hållbara lösningar

”Vi inser vikten av att testa, validera och förstå den marina nedbrytningen av våra CDA-baserade produkter, men vi saknade de nödvändiga resurserna,” sa Carbeck. ”Vi visste att WHOI hade expertis och faciliteter, engagerade vi oss i ett samarbete för att möta denna utmaning. Detta partnerskap visar kraften i samarbete mellan industri och akademi för att främja gemensamma mål och göra en positiv inverkan.”

Forskargruppen fann också att de mikrobiella samhällena i de strån som bröts ned var unika för varje halmmaterial. De mikrobiella samhällena på båda icke-nedbrytande stråna var dock desamma trots att de hade väldigt olika kemiska strukturer. Detta gav ytterligare bevis på att de inhemska mikroberna bröt ned de biologiskt nedbrytbara stråna, medan de icke-biologiskt nedbrytbara stråna sannolikt finns kvar i havet.

”Vår förståelse av effekterna av plastföroreningar på havshälsan är verkligen osäker, och mycket av detta handlar om att inte veta de långsiktiga öden för dessa material,” sade Ward. Han och resten av forskargruppen planerar att fortsätta mäta nedbrytbarheten hos plastmaterial, med hopp om att vägleda vart industrin går härnäst.

”Det finns många fördelar med att samarbeta med materialtillverkare, inklusive tillgång till analysfaciliteter och kunskap om och tillgång till deras material som du inte får om du arbetar i din egen silo,” sa Ward. ”Vi försöker optimera deras produkter för nedbrytning i miljön och i slutändan planetens bästa.”

Viktiga takeaways

• Alla plaster är inte skapade på samma sätt, och vissa håller längre i havet än andra. WHOI-forskare har arbetat i åratal med att kvantifiera miljölivslängderna för ett brett utbud av plastvaror för att se vilka som har den kortaste och längsta livslängden i havet. För att avgöra vilken plast som finns kvar i havet testar teamet olika produkter i stora tankar som återskapar den naturliga havsmiljön. De fokuserade på att dricka sugrör först, eftersom de är en av de vanligaste formerna av plastavfall som finns vid strandsanering.
• Författarna fann att sugrör gjorda av cellulosadiacetat (CDA), polyhydroxialkanoater (PHA) och papper bröts ned med upp till 50 % på 16 veckor. De hade alla unika mikrobiella samhällen som hjälpte till att bryta ner materialet.
• En prototyp av halmstrån från Eastman, gjord av skummad CDA, bröts ned snabbare än det fasta, vilket innebär att en förändring av halmens yta kan påskynda nedbrytningsprocessen.
• Vetenskapen stöder en övergång från beständig plast – vilket gör det ännu viktigare att se till att nya material bryts ner om de läcker ut i miljön och inte förorenar havet ytterligare.