Razgradnja kompostabilnih vrećica uz pomoć gujavica i njihov potencijalni toksični učinak

Autor:

Kategorija:

spot_img

Plastično onečišćenje postalo je globalni problem koji proizlazi iz svakodnevnih obrazaca potrošnje. Odbacivanje jednokratnih plastičnih predmeta, uključujući vrećice, uzrokuje brzo i sve veće nakupljanje plastičnog otpada u vodenim i kopnenim ekosustavima, uključujući tlo. Kao odgovor na ovaj problem, proizvođači plastike krenuli su u dva smjera: uvođenje višekratnih plastičnih vrećica i razvoj biorazgradivih ili kompostabilnih vrećica.

Kompostabilne vrećice, izrađene od polimera poput poli(butilen adipat-ko-tereftalata) (PBAT) ili polilaktične kiseline (PLA), mogu se brzo razgraditi pod utjecajem vremenskih prilika, mehaničke i enzimske aktivnosti. Međutim, fragmentacija i razgradnja plastičnih predmeta rezultirat će stvaranjem mikroplastike različitih oblika i veličina. Osim toga, raspadanje plastike dovest će do oslobađanja kemijskih aditiva i produkata razgradnje kroz ispiranje.

Cilj ovog istraživanja bio je procijeniti kako se uzorci različitih vrsta certificiranih kompostabilnih plastičnih vrećica razgrađuju u sustavima vermikompostiranja s dvije različite podloge (kanalizacijski mulj i talog kave). Studija je također imala za cilj procijeniti toksičnost produkata razgradnje, tj. mikroplastike različitih veličina i plastičnih procjednih voda, na modelnu biljnu vrstu vrtnu kres salatu (Lepidium sativum) i modelnu vrstu gujavice (Eisenia andrei).

Izvori i priprema kompostabilnih plastičnih vrećica

Istraživači su nabavili četiri vrste kompostabilnih plastičnih vrećica s certifikatima o kompostabilnosti od online dobavljača i lokalnih tržnica. Vrećice su označene identifikacijskim brojevima: 069, 070, 072 i 073. Sastav plastike provjeren je infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR-ATR) i plinskom kromatografijom-masenom spektrometrijom (GC-MS) za određivanje ftalata.

Za potrebe različitih testova, plastične vrećice su pripremljene i fragmentirane na različite načine:

– Za testove razgradnje, izrezane su na kvadratne komade površine približno 25 cm2

– Za test toksičnosti na gujavicama, fragmentirane su na komade manje od 2000 μm

– Za test klijavosti sjemena, usitnjene su na čestice manje od 250 μm

Test razgradnje

Kako bi se procijenilo kako se plastika razgrađuje u uvjetima vermikompostiranja, prethodno izvagani i identificirani uzorci postavljeni su unutar površinskog sloja dva aktivna sustava vermikompostiranja:

1. Sustav s kanalizacijskim muljem 

2. Sustav s talogom kave

Svaki sustav vermikompostiranja sastojao se od spremnika od 680 L s površinom od 1 m2 i dubinom od 50 cm. Sustavi su sadržavali oko 6000 jedinki gujavice Eisenia andrei po m2 na početku eksperimenta. 

Nakon 15, 30, 60, 90 i 120 dana, iz svakog sustava vermikompostiranja uzeti su uzorci plastike, oprani, osušeni i izvagani. Gubitak težine, izračunat kao razlika između početne i konačne težine, zabilježen je kao pokazatelj razgradnje.

Test klijavosti sjemena vrtne kres salate (Lepidium sativum)

Test klijavosti sjemena L. sativum proveden je u staklenim Petrijevim posudama obloženim filter papirom, prema prilagođenim ISO smjernicama. Korištene su različite koncentracije usitnjene plastike (<250 μm) i plastičnih procjednih voda. Nakon 7 dana praćena je klijavost sjemena i mjerena duljina korijena i izdanka.

Test kronične toksičnosti na gujavicama (Eisenia andrei)

Odgovor E. andrei na tlo kontaminirano različitim plastikama procijenjen je prema standardnim OECD smjernicama. Korištene su dvije koncentracije plastike: 2 i 10 g/kg suhe težine tla. Nakon 4 tjedna praćeno je preživljavanje odraslih gujavica, a nakon 8 tjedana brojani su juvenilni oblici i kokoni.

Razgradnja kompostabilnih plastičnih vrećica

Maksimalna zabilježena razgradnja u sustavu vermikompostiranja bila je 24,8 ± 0,5% (srednja vrijednost ± standardna pogreška), što odgovara vrećici 073 nakon 120 dana u talogu kave. Dok je značajan gubitak težine zabilježen u svim sustavima nakon 90 dana, razgradnja vrećice 070 bila je gotovo nepostojeća (<2%).

Usporedba dva sustava vermikompostiranja (talog kave i kanalizacijski mulj) otkrila je male, ali značajne razlike u vremenu razgradnje materijala. Općenito, razgradnja je bila nešto brža u sustavu s kanalizacijskim muljem u ranijim fazama, dok je u kasnijim fazama (90 i 120 dana) bila brža u sustavu s talogom kave za neke vrste plastike.

Razlike u stopama razgradnje mogu se pripisati sastavu plastike. Na primjer, vrećica 070, koja je sadržavala talk kao aditivum, pokazala je najnižu stopu razgradnje. S druge strane, najviša stopa razgradnje zabilježena je kod vrećice 073 koja je sadržavala krumpirov škrob i PBAT.

Odgovor vrtne kres salate (Lepidium sativum) na mikroplastiku i procjedne vode

Test klijavosti sjemena L. sativum ispunio je kriterije učinkovitosti navedene u ISO smjernicama. Rezultati su opovrgnuli hipotezu da bi razgradnja kompostabilne plastike mogla dovesti do oslobađanja toksičnih spojeva za biljke. Nije primijećen ukupni učinak na klijanje sjemena nakon 7 dana kada su sjemenke L. sativum bile izložene bilo praškastoj mikroplastici (<250 μm) ili procjednim vodama iz četiri vrste plastičnih vrećica, čak i pri koncentraciji od 12,5 g/L.

Međutim, primijećeno je značajno smanjenje relativnog rasta korijena za izloženost 0,25 i 0,5 g/L procjedne vode vrećice 073 i značajno smanjenje indeksa klijavosti za isti materijal pri 0,25 mg/L. Ovi rezultati sugeriraju da, iako kompostabilne, neke formulacije mogu potencijalno biti toksične za biljke pri određenim koncentracijama.

Odgovor gujavica (Eisenia andrei) na mikroplastiku

Test kronične toksičnosti ispunio je kriterije valjanosti navedene u OECD standardnim smjernicama. Kao što se očekivalo, preživljavanje odraslih E. andrei nije bilo pogođeno nakon 28 dana. Međutim, nakon 56 dana zabilježeno je značajno smanjenje broja juvenilnih oblika i kokona u odnosu na kontrole.

Za izloženost najvišoj koncentraciji fragmenata za sve plastike, broj proizvedenih juvenilnih oblika bio je značajno niži nego u kontrolama. To je također primijećeno za izloženost vrećicama 070 i 072 pri koncentraciji od 2 g/kg. Broj proizvedenih kokona također je bio značajno niži za izloženost vrećicama 069 i 073 pri koncentraciji od 10 g/kg.

Ovi rezultati sugeriraju da, iako kompostabilne, neke od formulacija mogu potencijalno biti toksične za faunu tla, posebno u pogledu reprodukcije.

Multivarijatna analiza

Analiza glavnih komponenti (PCA) identificirala je dvije glavne komponente koje zajedno predstavljaju 77,1% varijance. Za prvu glavnu komponentu, glavni faktori bili su karakterizacija vrećica (tereftalatna skupina i druge esterske skupine), odgovor gujavica (juvenilni oblici) i razgradnja u oba sustava vermikompostiranja. Za drugu glavnu komponentu, karakterizacija vrećica, posebno upotreba aditiva (talk i ftalati), bila je najvažniji faktor.

Prisutnost tereftalatne skupine bila je korelirana s razgradnjom u kanalizacijskom mulju nakon 120 dana. S druge strane, isti faktor, zajedno s drugim esterima i sumom ftalata, bio je negativno koreliran s reprodukcijom E. andrei, slično koncentraciji plastike.

Zaključak

Ova studija je pokazala da aditivi, više nego biorazgradiva polimerna matrica, mogu modulirati stopu razgradnje kompostabilnih vrećica u sustavima vermikompostiranja. Što se tiče potencijalnog utjecaja razgradnje kompostabilnih vrećica na biotu tla, treba istaknuti da su negativni učinci bili uočljivi čak i pri nižim koncentracijama kada su organizmi bili izloženi plastici s niskom stopom razgradnje.

Iako biološki mehanizmi koji stoje iza učinaka na reprodukciju E. andrei kao odgovor na izloženost plastici ostaju nejasni, detaljniji pogled na sastav aditiva kompostabilnih vrećica mogao bi biti način objašnjenja i istraživanja prednosti i ublažavanja opasnog potencijala ovih proizvoda za sustave tla.

Rezultati ovog istraživanja naglašavaju potrebu za pažljivim razmatranjem ne samo polimerne matrice, već i aditiva koji se koriste u proizvodnji kompostabilnih plastičnih vrećica. Iako su ovi materijali dizajnirani da budu ekološki prihvatljiviji od konvencionalne plastike, njihov potencijalni utjecaj na ekosustave tla ne smije se zanemariti. Daljnja istraživanja trebala bi se usredotočiti na razvoj doista biorazgradivih plastika u kojima su i polimerna matrica i glavni kemijski aditivi podložni mikrobnoj i enzimskoj razgradnji na siguran način.

SAVJETODAVNI PARTNER

Pročitajte više

Povezani članci