Einige Plastikstrohhalme zersetzen sich schneller als andere, wie eine neue Studie zeigt

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Strohhalme sind eines der am häufigsten an Küsten gefundenen Plastikmüllprodukte. Da immer mehr Kunststoffprodukte hergestellt, verbraucht und entsorgt werden, entwickeln Wissenschaftler und Hersteller alternative Materialien, die genauso gut funktionieren und nicht zur anhaltenden Plastikverschmutzung in der Umwelt beitragen.

Aber nicht alle Kunststoffe werden gleich hergestellt – verschiedene Hersteller haben unterschiedliche Formulierungen von Basispolymeren – wie Polymilchsäure (PLA) und Polypropylen (PP) – und chemischen Zusätzen. Das bedeutet, dass sich verschiedene Kunststoffformulierungen in der Umwelt unterschiedlich verhalten und im Meer unterschiedlich schnell abgebaut werden. Es gibt neue Materialien auf dem Markt, die sich von Erdölprodukten abwenden – wie Cellulosediacetat (CDA), ein aus Zellstoff gewonnenes Polymer, das häufig in Konsumgütern verwendet wird – und Wissenschaftler der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) haben dies festgestellt Ich habe daran gearbeitet, die Umweltlebensdauer einer Vielzahl von Kunststoffgütern zu quantifizieren, um die ungelöste Frage zu beantworten: Wie lange halten Strohhalme im Meer?

In einem neuen Artikel veröffentlicht in ACS Nachhaltige Chemie und TechnikDie WHOI-Wissenschaftler Collin Ward, Bryan James, Chris Reddy und Yanchen Sun haben verschiedene Arten von Kunststoffen und Papiertrinkhalmen gegeneinander antreten lassen, um herauszufinden, welche im Küstenmeer am schnellsten abgebaut werden. Sie arbeiteten mit Wissenschaftlern des Biokunststoffherstellers Eastman zusammen, die Gelder bereitstellten, als Co-Autoren beitrugen und Materialien für die Studie lieferten.

„Wir wissen nicht genau, wie lange Kunststoffe im Meer verbleiben, deshalb haben wir Methoden entwickelt, um zu messen, wie schnell sich diese Materialien abbauen“, sagte Ward. „Es stellt sich heraus, dass es in diesem Fall einige Biokunststoffstrohhalme gibt, die sich tatsächlich ziemlich schnell zersetzen, was eine gute Nachricht ist.“

Ihr Ansatz bestand darin, acht verschiedene Arten von Strohhalmen in einem Tank mit kontinuierlich fließendem Meerwasser aus Martha’s Vineyard Sound, Massachusetts, aufzuhängen. Diese Methode kontrollierte auch die Temperatur, die Lichteinwirkung und andere Umgebungsvariablen, um die natürliche Meeresumwelt nachzuahmen. Alle Strohhalme wurden 16 Wochen lang auf Anzeichen von Zersetzung überwacht und die auf den Strohhalmen wachsenden mikrobiellen Gemeinschaften wurden charakterisiert.

„Mein Interesse galt dem Schicksal, der Beständigkeit und der Toxizität von Kunststoffen und wie wir diese Informationen nutzen können, um Materialien der nächsten Generation zu entwickeln, die besser für die Menschen und den Planeten sind“, sagte James. „Wir verfügen über die einzigartige Möglichkeit, die Umwelt des Ozeans in unseren Tanks im Labor für Umweltsysteme an Land zu bringen. Dadurch erhalten wir eine sehr kontrollierte Umgebung mit natürlichem Meerwasser.“

Sie testeten Strohhalme aus CDA, Polyhydroxyalkanoaten (PHA), Papier, PLA und PP. In den Wochen, in denen die Strohhalme in den Tanks eingetaucht waren, wurden CDA, PHA und Papierstrohhalme um bis zu 50 % abgebaut, was eine Lebensdauer in der Umwelt von 10 bis 20 Monaten im Küstenmeer prognostiziert. Die PLA- und PP-Trinkhalme zeigten keine messbaren Anzeichen einer Verschlechterung.

Anschließend verglichen die Wissenschaftler zwei Strohhalme aus CDA – einen aus Feststoff und einen aus Schaumstoff, beide von Eastman. Der aus geschäumtem CDA hergestellte Strohhalm war ein Prototyp, um zu sehen, ob eine Vergrößerung der Oberfläche den Abbau beschleunigen würde. Sie fanden heraus, dass die Abbaurate des Schaumstoffstrohhalms um 184 % schneller war als die seines festen Gegenstücks, was zu einer kürzeren prognostizierten Umweltlebensdauer als die Papierstrohhalme führte.

„Das Einzigartige an diesem Schaumstoffstrohhalm ist, dass er eine kürzere erwartete Lebensdauer als Papierstrohhalme hat, aber die Eigenschaften beibehält, die man von einem Kunststoff- oder Biokunststoffstrohhalm genießt“, sagte James, was ihn zu einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Plastikstrohhalmen macht im Vergleich zu Papierstrohhalmen, die sich im Meer schnell zersetzen, aber laut den Autoren das Benutzererlebnis beeinträchtigen, indem sie durchnässt werden.

„Diese Studie kann für Strohhalmhersteller von großem Wert sein, da sie fundierte und transparente Daten bei der Auswahl eines Materials für Strohhalme liefert. Darüber hinaus gibt sie die Gewissheit, dass CDA-basierte Strohhalme nicht zur anhaltenden Plastikverschmutzung beitragen, und zeigt gleichzeitig, dass die Strohhalmhersteller die „Unser Engagement ist es, ein nachhaltiges Produkt anzubieten, das das Risiko für Meereslebewesen verringert“, sagte Jeff Carbeck, Eastmans Vizepräsident für Unternehmensinnovation.

Die Wissenschaft unterstützt eine Abkehr vom herkömmlichen Kunststoffmaterial. Plastikverschmutzung schadet Menschen und Ökosystemen und die Kunststoffindustrie trägt in großem Umfang zum Klimawandel bei und ist für etwa 4 bis 5 % aller Treibhausgasemissionen über ihren gesamten Lebenszyklus verantwortlich. Da Plastikmüll in den letzten 50 Jahren in der globalen Ozean- und Meeresnahrungskette allgegenwärtig geworden ist, ist es wichtig, neue Materialien zu identifizieren, die aus nachhaltigen Quellen stammen, zum Übergang von einer linearen zu einer Kreislaufwirtschaft beitragen und sich zersetzen, wenn sie versehentlich ins Meer gelangen die Umgebung.

„Während einige auf eine Abkehr von Kunststoffen drängen, ist die Realität so, dass Kunststoffe bleiben werden. Wir versuchen zu akzeptieren, dass diese Materialien von Verbrauchern verwendet werden, und können dann mit Unternehmen zusammenarbeiten, um die Auswirkungen zu minimieren.“ von ihnen sollten sie in die Umwelt gelangen“, sagte Ward.

„Wir wissen, wie wichtig es ist, die Schädigung unserer CDA-basierten Produkte im Meer zu testen, zu validieren und zu verstehen, aber es fehlten uns die nötigen Ressourcen“, sagte Carbeck. „Da wir wussten, dass WHOI über das nötige Fachwissen und die nötigen Einrichtungen verfügt, haben wir eine gemeinsame Anstrengung unternommen, um diese Herausforderung anzugehen. Diese Partnerschaft zeigt die Leistungsfähigkeit der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft bei der Förderung gemeinsamer Ziele und der Erzielung einer positiven Wirkung.“

Das Forschungsteam fand außerdem heraus, dass die mikrobiellen Gemeinschaften der abgebauten Strohhalme für jedes Strohmaterial einzigartig waren. Allerdings waren die mikrobiellen Gemeinschaften auf beiden nicht abbaubaren Strohhalmen gleich, obwohl sie sehr unterschiedliche chemische Strukturen aufwiesen. Dies lieferte einen weiteren Beweis dafür, dass die einheimischen Mikroben die biologisch abbaubaren Strohhalme abbauten, während die nicht biologisch abbaubaren Strohhalme wahrscheinlich im Meer verbleiben.

„Unser Verständnis der Auswirkungen der Plastikverschmutzung auf die Gesundheit der Ozeane ist sehr unsicher, und vieles davon läuft darauf hinaus, dass wir das langfristige Schicksal dieser Materialien nicht kennen“, sagte Ward. Er und der Rest des Forschungsteams planen, die Abbaubarkeit von Kunststoffmaterialien weiter zu messen, in der Hoffnung, der Branche einen Leitfaden für die nächsten Schritte zu geben.

„Die Zusammenarbeit mit Materialherstellern bietet viele Vorteile, darunter den Zugang zu Analyseeinrichtungen sowie Kenntnisse über und Zugriff auf deren Materialien, die man nicht erhält, wenn man in seinem eigenen Silo arbeitet“, sagte Ward. „Wir versuchen, ihre Produkte hinsichtlich der Schädigung der Umwelt und letztendlich zum Wohle des Planeten zu optimieren.“

Die zentralen Thesen

  • Nicht alle Kunststoffe werden auf die gleiche Weise hergestellt und einige halten sich im Meer länger als andere. WHOI-Wissenschaftler arbeiten seit Jahren daran, die Umweltlebensdauer einer Vielzahl von Kunststoffgütern zu quantifizieren, um herauszufinden, welche die kürzeste und welche die längste Lebensdauer im Ozean haben. Um herauszufinden, welche Kunststoffe im Ozean verbleiben, testet das Team verschiedene Produkte in großen Tanks, die die natürliche Meeresumgebung nachbilden. Sie konzentrierten sich zunächst auf Trinkhalme, da sie eine der häufigsten Formen von Plastikmüll sind, die bei Strandsäuberungen gefunden werden.
  • Die Autoren fanden heraus, dass Strohhalme aus Cellulosediacetat (CDA), Polyhydroxyalkanoaten (PHA) und Papier innerhalb von 16 Wochen um bis zu 50 % abgebaut wurden. Sie alle verfügten über einzigartige mikrobielle Gemeinschaften, die beim Abbau des Materials halfen.
  • Ein Prototyp eines Strohhalms von Eastman aus geschäumtem CDA zersetzte sich schneller als der Feststoff, was bedeutet, dass eine Veränderung der Oberfläche des Strohhalms den Abbauprozess beschleunigen kann.
  • Die Wissenschaft unterstützt eine Abkehr von persistenten Kunststoffen – umso wichtiger ist es, sicherzustellen, dass neue Materialien zerfallen, wenn sie in die Umwelt gelangen und die Ozeane nicht noch weiter verschmutzen.



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