Het idee van biologisch afbreekbare kunststoffen klinkt op het eerste gezicht goed. Echter, er is heel weinig bekend over hoe ze in de bodem worden afgebroken en hoe dit wordt beïnvloed door klimaatverandering. In twee recente onderzoeken bodemecologen van het Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) hebben aangetoond welke microbiële gemeenschap verantwoordelijk is voor degradatie, welke rol het klimaat speelt in dit proces, en waarom biologisch afbreekbare kunststoffen nog steeds problematisch kunnen zijn.

Plastic dat in de bodem terechtkomt, oceanen, of binnenwateren kunnen schadelijk zijn voor de daar levende organismen en leiden tot ernstige en langdurige verstoringen van de ecosystemen. De ontwikkeling en toename van het gebruik van biologisch afbreekbare kunststoffen is daarom de focus van een meer ecologische economie. "Maar ondanks het positieve imago van biologisch afbreekbare kunststoffen, we weten nog heel weinig over hoe ze in de bodem werken of hoe ze worden afgebroken, " zegt prof. François Buscot, bodemecoloog bij het UFZ.

Om hier meer licht op te laten schijnen, Het onderzoeksteam van Buscot onderzocht de volgende vragen in een recente studie gepubliceerd in: Milieuwetenschap en -technologie :Hoe snel wordt biologisch afbreekbaar plastic afgebroken? Om welke micro-organismen gaat het? Hoe gaan ze met elkaar om? Welke omstandigheden bevorderen het afbraakproces? En welke remmen het? "We wilden ook weten hoe de veranderende temperaturen en neerslagniveaus als gevolg van klimaatverandering de afbreekbaarheid van de kunststoffen beïnvloeden, " legt Dr. Witoon Purahong uit, tevens bodemecoloog bij het UFZ en hoofdauteur van het onderzoek.

Hiertoe, experimenten werden uitgevoerd in de Global Change Experimental Facility (GCEF) in Bad Lauchstädt, die momenteel wordt beschouwd als een van 's werelds grootste buitenklimaatexperimenten in termen van oppervlakte. De onderzoekers onderzochten de gevolgen van klimaatverandering voor landgebruik en ecosystemen. De focus lag op mulch- en tuinbouwfilms, die worden gebruikt om de grond te bedekken. Deze zijn meestal gemaakt van polyethyleen (PE), een plastic gemaakt van fossiele grondstoffen. Om technologische redenen is resten van de films blijven vaak in de grond achter. Dit leidt op middellange termijn tot besmetting met microplastics. Overstappen op biologisch afbreekbare alternatieven zou hier dus heel logisch zijn. Maar zijn er bijwerkingen van het gebruik van dergelijke alternatieven?

Om erachter te komen, het team onderzocht hoe polybutyleensuccinaat-co-adipaat (PBSA), een biobased mulchfolie deels geproduceerd uit planten (maïs, suikerstok, cassave), biologisch afbreekbaar onder de natuurlijke omstandigheden van een landbouwgebied. De onderzoekers maakten onderscheid tussen de huidige klimaatomstandigheden en gesimuleerde klimaatomstandigheden zoals voorspeld voor Duitsland rond 2070. Ze gebruikten moderne moleculair-biologische methoden (next generation sequencing) om te bepalen welke microbiële gemeenschap zich had gekoloniseerd op het plastic zelf en in de omringende bodem.

"We konden laten zien dat na iets minder dan een jaar, ongeveer 30% van de PBSA was al gedegradeerd. Dat is best veel onder de klimatologische omstandigheden die momenteel in Duitsland heersen, " zegt Purahong. "De belangrijkste actoren zijn schimmels, die worden ondersteund door een diverse bacteriële gemeenschap en verschillende andere micro-organismen. Denk aan bacteriën die de schimmels voorzien van stikstof (wat zeldzaam is in plastic) of bacteriën en archaea die gebruik maken van giftige afbraakproducten. "Er vormt zich een intelligente degradatie- en recyclinggemeenschap op en rond het plastic - zelfs met een vergelijkbare degradatiesnelheid onder de gesimuleerde toekomstige klimaatomstandigheden, voegt Purahong toe. Het veranderde klimaat schaadt de PBSA-afbrekende schimmels blijkbaar niet. De microbiële gemeenschap om hen heen is iets anders, maar het degradatieresultaat is vergelijkbaar. "Zo'n goed nieuws hadden we niet verwacht."

In een andere studie gepubliceerd in Environmental Science Europe, de UFZ-onderzoekers onderzochten de gemeenschap van micro-organismen onder strengere omstandigheden. Ze onderzochten hoe de gemeenschap verandert wanneer grote hoeveelheden PBSA in de bodem terechtkomen en wat er gebeurt als er een hoge concentratie stikstofmest wordt gebruikt. "Grote hoeveelheden PBSA maken de microbiële gemeenschap in de bodem eigenlijk heel anders, ", zegt promovendus Benjawan Tanunchai en hoofdauteur van de studie. Met een stijging van 6% van PBSA in de bodem, de diversiteit van schimmelsoorten nam af met 45% en die van archaea met 13%. Anderzijds, de hoge belasting van PBSA in combinatie met de bemesting van het gebied leidde tot de verspreiding van Fusarium solani, een wijdverbreide plantschadelijke schimmel.

De twee UFZ-onderzoeken leveren dus één goed en één slecht nieuws op:PBSA in de bodem kan relatief snel en efficiënt worden afgebroken, zelfs onder toekomstige klimaatomstandigheden. Echter, als PBSA in grote hoeveelheden aanwezig is samen met hoge concentraties stikstofhoudende mest, De afbraak van PBSA kan een negatief effect hebben op de landbouwproductie als gevolg van een verstoorde microbiële gemeenschap en de toegenomen aanwezigheid van plagen. "Als er grote hoeveelheden plastic in het milieu terechtkomen, het is nooit goed, zelfs als het een biologisch afbreekbaar plastic is, " zegt Buscot. "Het beste zou zijn om plastic helemaal te vermijden. Echter, omdat dit momenteel een onrealistisch doel is, we moeten in ieder geval overal vertrouwen op biologisch afbreekbare kunststoffen en zoveel mogelijk van tevoren weten over hun afbraak-eigenschappen en gevolgen."