Verweren en verteren van plastic afval in het milieu

Voor Chemische Feitelijkheden dook ik in de wereld van plastic zwerfafval en de chemische en biologische processen die plastic verweren, verkruimelen en verteren tot er niks overblijft – althans op het eerste gezicht.

Plastic in het milieu lijkt nooit te vergaan. Lege flessen, zakjes en tassen gaan zwerven en je vindt ze terug in alle uithoeken van de wereldzeeën. Toch is geen enkel plastic opgewassen tegen de weersinvloeden. Verval komt op gang door een complex proces van chemische reacties, waardoor het materiaal uiteenvalt en bacteriën afbraakproducten van het polymeer kunnen opeten. Dat proces verloopt traag, maar het lijkt erop dat een deel van het zwerfplastic via die route in de loop der jaren kan verdwijnen. Het is mogelijk een verklaring waarom we van het zwerafval dat in zee verdwijnt maar zo weinig terug zien, ondanks het plastic dat zich verzamelt in zogenaamde drijvende eilanden op de open oceaan.

Plastic is kortom veel minder stabiel en inert dan op het eerste gezicht lijkt. Ook als je aan de buitenkant nog niets kunt zien, zijn de processen van verval al aan de gang. Na verloop van tijd kun je dat onder een microscoop bekijken. De kunststof wordt door alle moleculaire veranderingen geleidelijk brosser en het oppervlak gaat barsten vertonen, wat dieper gelegen polymeren blootstelt aan de elementen.

Zonlicht en zuurstof

Vooral de combinatie van ultraviolet licht met zuurstof is een aanslag op de polymeerketens. Het leidt tot een chemische kettingreactie: licht-geïnduceerde afbraak. Ultraviolette straling zorgt in eerste instantie voor enkele breuken in de polymeerketen, waarbij radicalen vrijkomen. In combinatie met zuurstof en water ontstaan vervolgens peroxyradicalen en waterstofperoxide, die op hun beurt reageren met het polymeer en nieuwe radicalen vrijmaken. Het leidt tot een complex proces van auto-oxidatieve afbraak. Het resultaat is chaos: breuken in de polymeerketens, crosslinks, vorming van polymeerfragmenten met nieuwe zijgroepen en allerhande kleinere stoffen: ketonen, alkanen en aldehydes.

Onderzoek aan polyetheen leert dat chemische verwering echt een voorwaarde is voor verdere microbiële afbraak. De afbraak van kleine PE-fragmenten via esters en zuren tot water en koolstofdioxide verloopt wel traag. Na proeven onder laboratoriumomstandigheden komen onderzoekers tot een schatting: 0,1 % van nieuw polyetheen zou in het eerste jaar 0,1 % worden omgezet in koolstofdioxide.

Microplastics

Toch is die afbraak nog met veel vraagtekens omgeven, ook over nieuwe risico’s. Bij de verkruimeling van kunststof ontstaan namelijk microplastics, die vissen, schelpdieren en vogels voor voer kunnen aanzien. Plastics verspreiden bovendien weekmakers en vlamvertragers. Plasticafbraak helpt weliswaar een deel van onze rotzooi op te ruimen, maar voor mens en milieu is zwerfafval voorkomen beter dan verteren.

Verschillende chemische en biologische processen worden in deze Chemische Feitelijkheden uitgelegd, inclusief de omvang van het verschijnsel plastic soep, en de zorgen over biologisch afbreekbaar plastic, dat als het gaat zwerven een nieuw hardnekkig milieuprobleem vormt.

Lezen / bestellen: Chemische Feitelijkheden Plasticafbraak – de chemie van verweren en verteren.

Literatuur:

Andrady, A. L. (2015). Persistence of Plastic Litter in the Oceans. In M. Bergmann, L. Gutow & M. Klages (Eds.), Marine Anthropogenic Litter (blz 57–72).

Gewert, B. et al (2015) Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment. Environ Sci Process Impacts. 17(9): 1513-21.

Rossi, M.S. & Blake A (2014) The plastics scorecard – Evaluating the chemical footprint of plastics. Clean Production Action. www.cleanproduction.org

Kershaw, P.J. & Rochman, C.M. (2016). Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: part two of a global assessment. www.gesamp.org

Eriksen M. et al (2014) Plastic Pollution in the World’s Oceans: More than 5 Trillion Plastic Pieces Weighing over 250,000 Tons Afloat at Sea. PLoS ONE 9(12): e111913.

Jambeck, J.R. et al (2015) Plastic waste inputs from land into the ocean. Science Vol. 347, Issue 6223, pp. 768-771.

Rochman, C.M. (2015) The Complex Mixture, Fate and Toxicity of Chemicals Associated with Plastic Debris in the Marine Environment. In M. Bergmann, L. Gutow & M. Klages (Eds.), Marine Anthropogenic Litter (blz 117–140).

Van Franeker, J.A. & Law, K.L. (2015) Seabirds, gyres and global trends in plastic pollution. Environmental Pollution 203: 89-96.

Rani, M. et al (2015) Qualitative Analysis of Additives in Plastic Marine Debris and Its New Products. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 69 (3): 352–366.