Microplastics – Kans om je te profileren

Figuur 1: Voor een genuanceerde beoordeling moet ook het volgende in acht worden genomen: microplastics zijn vaak niet alleen kunststof, maar bevatten mogelijk sporen van onbedoeld ingebracht en potentieel gevaarlijke stoffen. Daartoe behoort bijvoorbeeld antimoon uit de antimoontrioxide-katalysator, kwik, lood, cadmium en nog veel meer. Men kan deze sporenverontreinigingen opsporen door een gecombineerde analyse van contaminatiegegevens en gegevensvergelijkingen, bijvoorbeeld met een combinatie van EDX (energie dispersieve röntgenfluorescentiespectroscopie) en FTIR (Fourier-Transform-Infraroodspectroscopie) naast een "EDXIR-software" voor gelijktijdige verwerking van gegevens uit beide methoden. (Afbeelding: Shimadzu)

Microplastics zijn op twee manieren in de samenleving aangekomen. Chemisch-analytisch is het al in het maag-darmkanaal, in het bloed, in de lymfe en in de lever van dieren aangetoond¹ en zelfs in de ontlasting van mensen². Microplastics zijn ook als politiek onderwerp voor een breed publiek doorgedrongen – een stimulans voor onderzoekers om licht en orde te brengen in dit complexe gebied en mogelijke actiestappen voor de betrokken bedrijven te identificeren.

„Wie zich als onderzoeker bezighoudt met milieuproblemen, kan vandaag niet om microplastics heen”, zegt Prof. Dr. Bernd Nowack van de Environmental Risk Assessment and Management Group aan de Empa in St. Gallen duidelijk. „Maar het is belangrijk om te definiëren waarover we hier spreken. Een wezenlijk onderscheid is dat tussen primair en secundair microplastics.”

Gericht toegepaste kunststoffen

Over het algemeen worden kunststofdeeltjes met een grootte onder de 5 millimeter als microplastics aangeduid. Primair worden ze aan bepaalde producten toegevoegd om specifieke eigenschappen te bereiken, bijvoorbeeld zogenaamde microbeads voor cosmetica. Ze moeten als peelingmiddel de huid een frisse uitstraling geven, dienen als vulmiddel of filmbormer en regelen de viscositeit – blijkbaar ware multitalenten.

Zo speelt microplastic ook een rol in technische processen. Een studie van de Universiteit Basel heeft bijvoorbeeld ionenwisselaar-korrels uit ionenwisselaarharsen (bijvoorbeeld op polystyrolbasis) in de Rijn aangetoond³.

Bij primair microplastic kan de fabrikant iets doen. Velen grijpen de gelegenheid aan en vervangen bijvoorbeeld synthetische polymeren door natuurlijke (bijvoorbeeld walnootschalen). Het secundaire microplastic daarentegen, oftewel kunststofafval, vormt een afvalverwerkingsprobleem. Het ontstaat bijvoorbeeld overal waar bij het wassen microvezels uit polyestertextiel worden vrijgezet⁴.

Voor zowel de eindgebruiker als bij chemisch-pharmazeutische processen is het belangrijk om het bewustzijn te scherpen: Kan tijdens het materiaalverkeer microplastic loskomen en in oppervlaktewateren terechtkomen? Kan uit het proces zelf microplastic in het milieu worden afgegeven (bijvoorbeeld de genoemde korrels uit ionenwisselaarharsen)?

Deze vragen worden des te dringender nu een modellering van het Materialforschungsinstitut Empa op de locatie St. Gallen, in samenwerking met het Bundesamt für Umwelt, nieuw licht op de problematiek werpt. De studie is nog niet gepubliceerd, maar het is nu al duidelijk⁵: secundair microplastic speelt een veel grotere rol in de totale milieubalans dan primair. Daarbij is de materiaalstroom van zeven veelgebruikte kunststoffen geanalyseerd: LDPE (lage-dichtheidpolyethyleen), HDPE (hoog-dichtheidpolyethyleen), PP (polypropyleen), PS (polystyreen), EPS (geëxpandeerd polystyreen/schuimpolystyreen), PVC (polyvinylchloride) en PET (polyethyleentereftalaat). Conform zou hierbij niet algemeen gesproken worden van microplastics, maar van micro-LDPE, micro-HDPE enzovoort. De materiaalstroomanalyse draait vooral om de vraag: Welke hoeveelheid van een bepaalde kunststof wordt geproduceerd? Hoe worden afvalstoffen verzameld en afgevoerd? Hoe komen resthoeveelheden bijvoorbeeld in wateren terecht?

De kunststofanalytiek is in trek

De onderzoekers hebben eerst vastgesteld: voor het bemonsteren werd soms met planktonnetten in de rivier „gevist” en het gevangen materiaal onder de microscoop geanalyseerd. Op deze manier kunnen kunststoffen en vooral microplastics worden geïdentificeerd. „In totaal constateerden we zowel bij de bemonstering als bij de analyse inconsistente methoden, vaak slechts kwalitatieve resultaten en een gebrek aan vergelijkbaarheid van de gebruikte procedures onderling”, vat Prof. Nowack zijn ervaringen samen.

Een grotere betekenis en een hogere moeilijkheidsgraad dan bij microplastics in wateren krijgt de analyse van de bodem. Want hier komt het grootste deel terecht, en het is een uitdaging om polymeer-koolstof in een koolstofrijke matrix te kwantificeren, wat vaak alleen lukt met zeer agressieve oplossingen. Hier is grote behoefte aan analytisch onderzoek, validatie en harmonisatie van methoden.

Bandenslijtage als prominente uitdaging

Een analytische specialisatie met toenemend gewicht is de bandenslijtage. In de afgelopen jaren zijn hier steeds grotere hoeveelheden microplastics verzameld die zich in de bodem hebben afgezet. Tegelijkertijd is er relatief weinig gezocht naar deze stoffen door analytische chemici, omdat bandenrubber in een milieuproefje moeilijk te identificeren is – nog moeilijker dan bijvoorbeeld polyethyleen.

Volgens een risico-evaluatie, gebaseerd op de EU-chemikalierichtlijn Reach, is er enige geruststelling: deze gaf zeer lage waarden aan⁵.

„Soms moet je microplastics in gram per liter gebruiken, zodat de in de natuur als „biosensoren” dienende Daphnia een reactie vertonen”, merkt Prof. Nowack op. „Kunststof is immers zeer inert. Zo zou het ‘probleem microplastics’ minder groot kunnen zijn dan algemeen wordt gedacht. Zeker is dat er in Azië bepaalde rivieren zijn met een iets hoger risicofactor.”

In Europa is het ecotoxicologische risico door microplastics gering, maar kan niet volledig worden uitgesloten. Onderzoekers wijzen ook op aanwijzingen dat microplastics door het bevorderen van ontstekingsreacties of door de opname van verschillende begeleidende stoffen de maag-darmkanaal kunnen beschadigen².

Hierdoor bestaat er nog een aanzienlijke behoefte aan studies over microplastics. Het minimaliseren ervan in chemische, farmaceutische en biotechnologische processen lijkt op basis van de stand van de wetenschap verstandig, evenals het optimaliseren van analytische procedures voor het vaststellen van microplastics. Dit betekent ook: wie als productiebedrijf of laboratorium volgens de stand van de techniek werkt en in gespecialiseerde gebieden voorop loopt, vindt hier een ideaal terrein om zich in de concurrentie te profileren.

Literatuur

1. http://www.chemie.de/news/1158036/erstmals-mikroplastik-im-menschen-nachgewiesen.html?WT.mc_id=ca0259 (toegankelijk op 21.2.2019).
2. Assessment of microplastic concentrations in human stool – Preliminary results of a prospective study; Philipp Schwabl, Bettina Liebmann, Sebastian Köppel, Philipp Königshofer, Theresa Bucsics, Michael Trauner, Thomas Reiberger; gepresenteerd tijdens de UEG Week 2018 in Wenen op 24 oktober 2018 [zoals geciteerd in literatuurreferentie 1].
3. Mani T, Blarer P, Storck FR, Pittroff M, Wernicke T, Burkhardt-Holm P: Herhaalde detectie van polystyreen microbeads in de beneden-Rijn. Environ Pollut 2019 feb;245:634-641.
4. Hernandez E, Nowack B, Mitrano DM: Polyester textiel als bron van microplastics uit huishoudens: een mechanistische studie om microvezelvrijgave tijdens het wassen te begrijpen. Environ Sci Technol 2017, 51, 7036-7046.
5. Adam V, Yang T, Nowack B: Naar een ecotoxicologisch risicobeoordeling van microplastics: vergelijking van beschikbare hazard- en blootstellingsgegevens in zoetwater. Environmental Toxicology and Chemistry 2019;38(2):436-447.