Microplastics duiken op in alle uithoeken van de planeet, van verse sneeuw op Antarctica tot diners met zeevruchten. Ze zijn afkomstig uit verschillende bronnen, waaronder voedsel- en drankcontainers, visnetten, banden en cosmetische producten. Maar de deeltjes die Goes zag, leken hem verband te houden met kleding.

"Toen ik beter keek, zag ik dat het geen fytoplankton of zoöplankton was, maar vezels die waarschijnlijk uit wasgoed kwamen", zei hij. En ja hoor, terwijl Goes en zijn studenten de rivier bleven bemonsteren, vonden ze pluimen van de vezels rond de afvoeren van waterzuiveringsinstallaties, wat het idee ondersteunde dat wasgoed de boosdoener was.

Bovendien "karakteriseerden sommige van onze studenten een paar monsters die we in de waterwegen hadden verzameld, en in de meeste gevallen waren het polyester of derivaten daarvan die in kleding werden gebruikt", aldus Goes.

Met deze factoren in het achterhoofd, zegt Goes, "zijn wij van mening dat het witwassen van kleding en het afvalwater dat vrijkomt uit wasmachines de grootste bron van microplasticvezels in onze waterwegen zijn."

Uitspoelen naar zee

Goes nam contact op met zijn vriend en medewerker Beizhan Yan, een expert op het gebied van plasticidentificatie. Yan had de vezels ook gezien als onderdeel van zijn eigen onderzoek in de Hudson River, en had gelezen dat ze ook in ruim een ​​derde van het plastic afval in de oceaan waren aangetroffen.

“We bespraken ideeën voor een voorstel en ik stelde voor om door te gaan waar de studenten gebleven waren en een oplossing te vinden om te voorkomen dat microplastics in de oceaan terechtkomen”, aldus Goes. "Ik vertelde hem dat niemand dit als een groot probleem zou beschouwen, maar we hebben gegevens om het te bewijzen, en het zou een opvallend project zijn."

Er is meer onderzoek nodig om de effecten van de consumptie van microplastics op de menselijke gezondheid beter te begrijpen, maar uit een recent onderzoek is gebleken dat mensen met kleine plasticdeeltjes in een belangrijk bloedvat een grotere kans hadden op een hartaanval, beroerte of overlijden. Microplastics worden ingeademd en opgenomen via besmette zeevruchten, water (zowel uit de kraan als uit flessen) en vele andere soorten voedsel.

"Het is duidelijk dat deze deeltjes een dominante rol spelen in onze rivieren en oceanen, en als we er niets mee doen, zullen ze in onze voedselketens terechtkomen en problemen veroorzaken", zegt Yan. "Ik was erg benieuwd of we het probleem bij de bron konden oplossen."

In dit geval doelt Yan op de wasruimte. Een gemiddelde lading van drie pond aan shirts, broeken en sokken werpt honderdduizenden microvezels af in het riool, waar ze onopgemerkt langs chemische waterzuiveringsinstallaties glippen en de ecosystemen van rivieren en oceanen binnendringen. In de VS zijn de meeste zuiveringsinstallaties ontworpen om het organische materiaal in het water te verminderen, zegt Yan, en zijn ze niet efficiënt in het verwijderen van een overvloed aan fijne synthetische deeltjes zoals microplastics.

De meeste moderne kleding bevat een soort synthetisch materiaal. In tegenstelling tot natuurlijke vezels zoals katoen, die volledig afbreken, blijven de synthetische materialen voor altijd in het milieu. Goes en zijn studenten ontdekten dat polyesterstoffen de slechtste verharsers zijn. Wasmiddel speelt ook een rol:wasgoed gewassen met wasmiddel produceert gemiddeld 86% meer microvezels dan wasgoed gewassen met zuiver water. Omdat het gemiddelde gezin 300 ladingen wasgoed per jaar doet, loopt de verspilling op.

Om het probleem aan te pakken, heeft Yan een team van multidisciplinaire onderzoekers van Columbia University, SUNY Stony Brook University, Cornell University en North Carolina State University samengesteld. Met expertise op uiteenlopende gebieden als chemie, duurzaam textiel, filtratie en stedelijke mijnbouw, ontwikkelen en testen de onderzoekers een waterfiltratiesysteem om microvezels op te vangen voordat ze zelfs maar de wasmachine verlaten. Het project, gefinancierd door de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), ging van start in 2023 en loopt tot en met 2025.

Ontwerpen voor schaal

Een van de grootste uitdagingen van het project zal het ontwikkelen van een filtersysteem zijn dat niet alleen de microvezels kan detecteren en extraheren, maar ook grote hoeveelheden water in een hoog tempo kan verwerken, zegt Nicholas Frearson, senior medewerker bij het Lamont-Doherty Earth Observatory. .

Een typische wasmachine produceert tijdens een cyclus ongeveer acht liter water, zei hij, en microvezels kunnen zo klein zijn als een miljoenste van de breedte van een haar. Bovendien zal het filter waarschijnlijk snel verstopt raken, waardoor een soort geautomatiseerde zelfreinigingscyclus nodig is.

"De filters werken aanvankelijk goed, maar daarna worden ze langzaam steeds erger, omdat ze alles opvangen en zichzelf verstoppen", zei hij. "Dus een van de grootste problemen die we proberen op te lossen is:hoe ontstop je ze?"

Met een technische achtergrond is Frearson gespecialiseerd in het ontwikkelen van sensorsystemen voor wetenschappers die in afgelegen gebieden van de wereld werken, en werkte hij onlangs samen met Yan aan een microplastic-detectieproject op de Zuidpool. Hij wilde zich graag aansluiten bij het team dat zich bezighield met het probleem van de vervuiling van wasgoed.

"Als we kunnen voorkomen dat de vezels daadwerkelijk in de rivier terechtkomen, kunnen we misschien een heel eind komen in het vertragen van het proces waarbij de oceaan zich ermee vult", zei hij.

Het huidige prototype van de apparatuur is een anderhalve meter hoog labyrint van pijpen en kleppen, bijna zo groot als een echte wasmachine. Een model van de tweede generatie zal idealiter veel kleiner zijn (ongeveer de grootte van een kleine koffer) en een uiteindelijk model zou klein genoeg zijn om in commerciële wasmachines te worden ingebouwd.

De technologie zal dienen om microvezels uit het rioolsysteem te houden, maar zal ook bijdragen aan een circulaire economie, aldus Frearson. Wanneer het microvezelslib uit elke cyclus is opgedroogd, lijkt het op een dunne cakeachtige schijf die kan worden gerecycled om meer kleding te produceren.

Het concept op de markt brengen

Zodra een prototype van het filtersysteem klaar is, zal het team het testen in woongebouwen aan de Columbia University, wat al in de herfst van 2024 zou kunnen gebeuren, zei Yan. Daarna zullen ze actief proberen de ontwikkelde techniek over te dragen aan de industrie en zijn ze al in gesprek met verschillende fabrikanten.

Voorlichtingsprogramma's voor de gemeenschap om het publiek te informeren over microplastics en ook over mogelijke oplossingen voor vervuiling van wasgoed zullen worden ontwikkeld en geïmplementeerd door Katherine Bunting-Howarth, associate director van New York Sea Grant en co-PI bij het project.

Andere co-PI's bij het project zijn onder meer Benjamin Hsiao, hoogleraar scheikunde aan de Stony Brook University; Karen K. Leonas, hoogleraar textielwetenschappen aan de North Carolina State University; Wei Min, hoogleraar scheikunde aan Columbia University; en Thanos Bourtsalas, docent duurzame ontwikkeling en circulaire economie aan Columbia University.

"Ons doel is dat de nieuwe technologie voor het verwijderen van microplastics die via het project wordt getest, in de loop van de tijd beschikbaar zal komen voor alle gemeenschappen, inclusief traditioneel achtergestelde gemeenschappen, en iedereen ten goede zal komen", aldus Yan.

Aangeboden door State of the Planet

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan het Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.