Een herziening van de biologische afbreekbaarheid van kunststoffen in de oceaan

De afgelopen jaren is de mondiale jaarlijkse productie en het gebruik van kunststoffen aanzienlijk toegenomen. De meeste kunststoffen zijn moeilijk snel biologisch afbreekbaar en zullen veranderen in grote deeltjes of microplastics wanneer ze in de oceaan terechtkomen. Deze kunnen worden opgenomen of verstrikt door mariene organismen, wat een bedreiging vormt voor het mariene ecosysteem. De biologische afbreekbaarheid van microplastics hangt af van hun chemische samenstelling, beschikbaarheid van voedingsstoffen in de oceaan, microbiële soorten en verwerkingstijd.
 
Zoals blijkt uit figuur 1 duurt het enkele dagen tot maanden voordat microplastics binnen een diepte van 40 meter biologisch worden afgebroken, maanden tot jaren voor microplastics binnen een bereik van 40-200 meter, en eeuwen voor microplastics dieper. Factoren zoals zuurstofgehalte, temperatuur, fosfor en stikstof zijn belangrijke beperkende factoren voor microbiële groei en biologische afbraak van mariene microplastics. Microplastics kunnen het micro-ecologische evenwicht in de oceaan veranderen, waar slechts een klein deel van de actieve stikstof, inclusief opgeloste organische stikstof, ammoniak en nitraat, door micro-organismen kan worden opgenomen. Er bestaat een brede consensus dat het stikstofgehalte op de korte termijn relatief laag is, en dat het aanpassingsvermogen van microalgen aan voedselarme omgevingen ervoor heeft gezorgd dat ze al drie miljard jaar de dominante soort in de oceaan zijn. Uit een onderzoek is gebleken dat blauwgroene algen op microplasticdeeltjes overvloediger voorkomen dan bacteriën in het omringende mariene milieu.

Figuur 1 Degradatie van microplastics in de oceaan – uit de originele tekst
De National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), American Society for Testing and Materials (ASTM) en International Organization for Standardization (ISO) hebben methoden vrijgegeven voor het analyseren van kunstmatige materialen, kunststoffen, synthetische materialen en hun biologische afbreekbaarheid. De ASTM- en ISO-normen hebben ook adembepalingsmethoden ontwikkeld voor het evalueren van de biologische afbreekbaarheid in mariene omgevingen. Onder aërobe omstandigheden is de minimale vereiste voor de biologische afbraak van plastic monsters tot kooldioxide 60% tot 70%, met een duur variërend van 3 maanden (ASTM D6691-09), 6 maanden (ASTM D7473-12) en 24 maanden (ISO 18830, ISO 19679, ASTM D7991-15).
 
Vanwege de beperkte hoeveelheid stikstof die bacteriën in zeewater nodig hebben, kan de geschatte biologische afbraaksnelheid met behulp van de ASTM-methode 6000 keer hoger zijn dan de werkelijke snelheid in de oceaan. Het tijdsbereik voor biologische afbraak dat bij de tests wordt gebruikt, kan ook worden overschat. Daarom kan in praktische situaties de biologische afbraaksnelheid van microplastics in mariene omgevingen lager zijn dan geschat.
 
Bovendien hebben microplastics een aanzienlijke impact op mariene ecosystemen. Microplastics hebben een enorm oppervlak en worden snel bedekt door anorganische en organische materialen, waardoor koolstof en voedingsstoffen worden geleverd voor de vorming van biofilms in mariene omgevingen. Momenteel zijn microplastics in alle oceanen aangetroffen, en binnen hetzelfde watergebied verschillen de micro-organismen op microplasticvezels aanzienlijk van zwevende micro-organismen op omringende deeltjes of in water. Daarom moeten we de organische belasting en de beschikbaarheid van stikstof modelleren om te voorkomen dat het bestaande mariene micro-ecologische evenwicht wordt verstoord en zich in een ongunstige richting ontwikkelt.
 
belangrijkste bevindingen
Na de afname van het stikstofgehalte vormen algen mogelijk nog steeds de belangrijkste groep, wat nadelige gevolgen kan hebben voor de mariene voedselketen. Het is noodzakelijk om de testmethoden voor biologische afbreekbaarheid te verbeteren en de beschikbaarheid van organische belasting en stikstof in toekomstig onderzoek te modelleren.