Kunststoffen, die nu alomtegenwoordig zijn in de moderne wereld, zijn een toenemende bedreiging geworden voor de gezondheid van mens en milieu. Over de hele wereld zijn er aanwijzingen voor plasticvervuiling, van boodschappentassen in de diepzee tot microplastics in onze voedselvoorziening en zelfs in ons bloed.

Op zoek naar oplossingen om de toename van plastic afval tegen te gaan, hebben wetenschappers van de University of California San Diego nieuwe biologisch afbreekbare materialen ontwikkeld die zijn ontworpen om conventioneel gebruikt plastic te vervangen. Na bewezen te hebben dat hun polyurethaanschuim biologisch afbreekbaar is in compost op het land, heeft een interdisciplinair team van wetenschappers, waaronder UC San Diego-bioloog Stephen Mayfield en chemici Michael Burkart en Robert "Skip" Pomeroy, nu aangetoond dat het materiaal biologisch afbreekbaar is in zeewater. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science of the Total Environment.

De onderzoekers werken aan een oplossing voor een probleem met plasticvervuiling dat nu wordt beschreven als een wereldwijde milieucrisis. In 2010 schatten onderzoekers dat 8 miljard kilo plastic in één jaar in de oceaan terechtkomt, met een steile escalatie voorspeld tegen 2025. Bij binnenkomst in de oceaan verstoort plastic afval mariene ecosystemen, migreert het naar centrale locaties en vormt het afvalstromen zoals de Grote Pacific Garbage Patch, met een oppervlakte van meer dan 1,6 miljoen vierkante kilometer. Deze kunststoffen worden nooit afgebroken, maar vallen eerder uiteen in steeds kleinere deeltjes en worden uiteindelijk microplastics die eeuwenlang in het milieu blijven bestaan.

In samenwerking met co-auteur Samantha Clements, een zeebioloog en wetenschappelijk duiker bij Scripps Institution of Oceanography, voerden de onderzoekers van UC San Diego een reeks tests uit van hun biologisch afbreekbare polyurethaanmaterialen - die momenteel worden gebruikt als schuim in de eerste commercieel verkrijgbare biologisch afbreekbare schoenen (verkocht door een spin-off bedrijf genaamd Blueview) - bij Scripps' Ellen Browning Scripps Memorial Pier en Experimental Aquarium. De locatie van de pier bood wetenschappers toegang en een unieke kans om materialen te testen in het natuurlijke nearshore-ecosysteem, de exacte omgeving waar malafide plastics het meest waarschijnlijk terechtkomen.

Het team ontdekte dat een assortiment van mariene organismen koloniseert op het polyurethaanschuim en het materiaal biologisch afbreekt tot hun uitgangschemicaliën, die door deze micro-organismen als voedingsstoffen worden geconsumeerd in de oceaanomgeving. Gegevens uit het onderzoek suggereren dat de micro-organismen, een mix van bacteriën en schimmels, overal in het natuurlijke mariene milieu leven.

"Onjuiste verwijdering van plastic in de oceaan breekt af in microplastics en is een enorm milieuprobleem geworden", zegt Mayfield, een professor aan de School of Biological Sciences en directeur van het California Center for Algae Biotechnology. "We hebben aangetoond dat het absoluut mogelijk is om hoogwaardige plastic producten te maken die ook in de oceaan kunnen worden afgebroken. Plastic zou in de eerste plaats niet in de oceaan moeten komen, maar als dat wel het geval is, wordt dit materiaal voedsel voor micro-organismen en niet voor plastic afval en microplastics die het waterleven schaden."

Schoenen, waaronder teenslippers, 's werelds populairste schoen, vormen een groot percentage van het plastic afval dat in de oceanen en op stortplaatsen terechtkomt. Om hun polyurethaanmaterialen, die de afgelopen acht jaar aan UC San Diego zijn ontwikkeld, volledig te testen en te analyseren, voegde het onderzoek experts in biologie, polymeer- en synthetische chemie en mariene wetenschappen samen. Schuimmonsters werden blootgesteld aan getij- en golfdynamiek en gevolgd voor moleculaire en fysieke veranderingen met behulp van Fourier-transform infraroodspectroscopie en scanning-elektronenmicroscopie. De resultaten toonden aan dat het materiaal in slechts vier weken begon te degraderen. De onderzoekers identificeerden vervolgens micro-organismen uit zes mariene locaties rond San Diego die in staat zijn om het polyurethaanmateriaal af te breken en te consumeren.

"Geen enkele discipline kan deze universele milieuproblemen aanpakken, maar we hebben een geïntegreerde oplossing ontwikkeld die op het land werkt - en nu weten we ook biologische afbraak in de oceaan," zei Mayfield. "Ik was verrast om te zien hoeveel organismen zich op deze schuimen in de oceaan koloniseren. Het wordt zoiets als een microbieel rif."

De volledige lijst van co-auteurs van het artikel is:Natasha Gunawan, Marissa Tessman, Daniel Zhen, Lindsey Johnson, Payton Evans, Samantha Clements, Robert Pomeroy, Michael Burkart, Ryan Simkovsky en Stephen Mayfield. + Verder verkennen

Duurzame sneakers:wetenschappers maken 's werelds eerste biologisch afbreekbare schoen