Mikroplastik – Szansa na wyróżnienie się

Rysunek 1: Dla szczegółowej oceny należy również wziąć pod uwagę następujące kwestie: mikroplastik często nie jest tylko tworzywem sztucznym, ale może zawierać ślady niezamierzenie wprowadzonych i potencjalnie niebezpiecznych substancji. Do takich należą na przykład antymon z katalizatora antymonowego trójtlenku, rtęć, ołów, kadm i wiele innych. Ślady zanieczyszczeń można wykryć dzięki połączeniu analizy danych o kontaminacji i porównania danych, na przykład za pomocą kombinacji EDX (dyspersyjna rentgenowska spektroskopia fluorescencyjna) i FTIR (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy), wraz z „oprogramowaniem EDXIR” do jednoczesnej analizy danych z obu metod. (Zdjęcie: Shimadzu)

Mikroplastik jest w społeczeństwie obecny w podwójnym znaczeniu. Chemiczno-analitycznie już od dawna można go wykryć w przewodzie pokarmowym, we krwi, limfie i wątrobie zwierząt1, a nawet w kale ludzi2. Mikroplastik stał się także tematem politycznym dla szerokiej opinii publicznej – jest to bodziec dla naukowców, aby rzucić światło i uporządkować tę skomplikowaną dziedzinę oraz wskazać potencjalne potrzeby działania dla zaangażowanych firm.

„Kto zajmuje się problemami środowiskowymi, nie może dziś pominąć mikroplastiku” — mówi jasno i wyraźnie prof. dr Bernd Nowack z grupy Ocena i Zarządzanie Ryzykiem Środowiskowym na Empa w St. Gallen. „Ale ważne jest, aby zdefiniować, o czym tutaj mówimy. Istnieje zasadnicza różnica między mikroplastikiem pierwotnym a wtórnym.”

Celowo stosowane tworzywa sztuczne

Ogólnie rzecz biorąc, cząstki tworzyw sztucznych o rozmiarze poniżej 5 milimetrów nazywa się mikroplastikiem. Pierwotne są dodawane specjalnie do niektórych produktów, aby osiągnąć określone właściwości, na przykład tzw. mikrogranulki w kosmetykach. Mają one służyć jako środek złuszczający skórę, zapewniać jej świeży wygląd, pełnić funkcję wypełniaczy lub tworzyć powłoki, a także regulować lepkość — są to prawdziwe wielozadaniowe substancje.

Także mikroplastik odgrywa rolę w procesach technicznych. Na przykład badanie Uniwersytetu w Bazylei wykazało obecność jonowymiennych kulek z żywic jonowymiennych (np. na bazie polistyrenu) w Renie3.

W przypadku mikroplastiku pierwotnego producent może podjąć działania. Wielu korzysta z okazji i zastępuje na przykład syntetyczne polimery naturalnymi (np. łupiny orzechów włoskich). Natomiast wtórny mikroplastik, czyli odpadki z tworzyw sztucznych, stanowi problem z zakresu utylizacji. Powstaje na przykład wszędzie tam, gdzie podczas prania uwalniają się mikrofibry z tekstyliów poliestrowych4.

Zarówno konsumenci, jak i procesy chemiczno-farmaceutyczne muszą zwiększyć swoją świadomość: czy podczas obsługi materiałów może dojść do uwolnienia mikroplastiku, który trafi do powierzchniowych wód? Czy z samego procesu można do środowiska wyemitować mikroplastik (np. wspomniane kuleczki z żywic jonowymiennych)?

Te pytania są tym bardziej pilne, że modelowanie przeprowadzone przez Instytut Badań Materiałowych Empa w St. Gallen, we współpracy z Federalną Agencją Środowiska, rzuca nowe światło na tę tematykę. Chociaż badanie nie zostało jeszcze opublikowane, można już powiedzieć5: mikroplastik wtórny odgrywa w bilansie środowiskowym znacznie większą rolę niż pierwotny. Analiza obejmowała przepływ materiałów siedmiu najczęściej używanych tworzyw sztucznych: LDPE (polietylen o niskiej gęstości), HDPE (polietylen o wysokiej gęstości), PP (polipropylen), PS (polistyren), EPS (spieniony polistyren/ styropian), PVC (polichlorek winylu) i PET (politereftalan etylenu). Konsekwentnie, nie mówi się ogólnie o mikroplastiku, lecz o mikro-LDPE, mikro-HDPE itd. Analiza przepływu materiałów koncentruje się głównie na pytaniu: jaka ilość danego tworzywa jest produkowana? Jak zbierane i utylizowane są odpady? Jak resztki trafiają na przykład do wód?

Potrzeba analizy tworzyw sztucznych

Początkowo naukowcy stwierdzili, że do pobierania próbek używano czasami sieci planktonowych w rzece „łowiąc” i analizując złowione obiekty pod mikroskopem. W ten sposób można zidentyfikować tworzywa sztuczne, a zwłaszcza mikroplastik. „Ogólnie zauważyliśmy, że zarówno podczas pobierania próbek, jak i analizy stosowane są niespójne metody, często uzyskuje się jedynie wyniki jakościowe, a metody stosowane do analizy nie są ze sobą porównywalne” — podsumowuje swoje doświadczenia prof. Nowack.

Większe znaczenie i wyższy stopień trudności w analizie mikroplastiku w wodach mają badania gleby. To tutaj trafia główny udział, i konieczne jest kwantyfikowanie polimerowego węgla w bogatej w węgiel matrycy, co często udaje się tylko przy użyciu bardzo agresywnych rozpuszczalników. W tym zakresie istnieje duży zapotrzebowanie na badania analityczne, walidację i harmonizację metod.

Recykling opon jako wyzwanie

Specjalistyczna dziedzina analityczna, z rosnącym znaczeniem, to analiza zużycia opon. W ostatnich latach gromadziło się tu coraz więcej mikroplastiku, które osadzało się w glebie. Jednocześnie chemicy analitycy rzadziej go badali, ponieważ identyfikacja gumy z opon w próbce środowiskowej jest trudna — tym trudniejsza niż na przykład polietylen.

Według oceny ryzyka opartej na dyrektywie REACH UE, mikroplastik nie stanowi dużego zagrożenia. Uzyskano bardzo niskie wartości5.

„Czasami trzeba użyć gramów mikroplastiku na litr, aby daphnie, które służą jako „biosensory”, zareagowały” — zauważa prof. Nowack. „Tworzywa sztuczne są bowiem bardzo obojętne. Tak więc problem mikroplastiku może być mniejszy, niż się powszechnie uważa. Zdecydowanie jednak w Azji występują rzeki o nieco wyższym współczynniku ryzyka.”

W Europie ryzyko ekotoksykologiczne związane z mikroplastikiem jest niskie, choć nie można go wykluczyć. Lokalni naukowcy wskazują również na oznaki, że mikroplastik może uszkadzać przewód pokarmowy poprzez wywoływanie reakcji zapalnych lub wchłanianie różnych substancji towarzyszących2.

W związku z tym w badaniach wciąż istnieje duży zapotrzebowanie na dalsze studia nad mikroplastikiem. Jego minimalizacja w procesach chemicznych, farmaceutycznych i biotechnologicznych jest zgodna z aktualnym stanem wiedzy, podobnie jak optymalizacja metod analitycznych do wykrywania mikroplastiku. Oznacza to także, że producenci i laboratoria pracujący zgodnie z najnowszym stanem techniki i mający przewagę w specjalistycznych dziedzinach, mogą tu znaleźć idealne pole do wyróżnienia się na tle konkurencji.

Literatura

1. http://www.chemie.de/news/1158036/erstmals-mikroplastik-im-menschen-nachgewiesen.html?WT.mc_id=ca0259 (dostęp 21.2.2019).
2. Ocena stężenia mikroplastiku w ludzkim kale – wstępne wyniki badania prospektywnego; Philipp Schwabl, Bettina Liebmann, Sebastian Köppel, Philipp Könighshofer, Theresa Bucsics, Michael Trauner, Thomas Reiberger; prezentowane w ramach UEG Week 2018 w Wiedniu 24 października 2018 [cytowane według źródła 1].
3. Mani T, Blarer P, Storck FR, Pittroff M, Wernicke T, Burkhardt-Holm P: Powtarzalne wykrycie mikrogranulek polistyrenu w rzece Renu Dolnym. Environ Pollut 2019 lut;245:634-641.
4. Hernandez E, Nowack B, Mitrano DM: Tekstylia poliestrowe jako źródło mikroplastiku z gospodarstw domowych: badanie mechanistyczne uwalniania mikrofiberek podczas prania. Environ Sci Technol 2017, 51, 7036-7046.
5. Adam V, Yang T, Nowack B: W kierunku oceny ryzyka ekologiczno-toksykologicznego mikroplastiku: porównanie dostępnych danych o zagrożeniu i ekspozycji w wodach słodkich. Environmental Toxicology and Chemistry 2019;38(2):436-447.