Bionedbrytning av bionedbrytbar plast

Av Gunhild Bødtker, seniorforsker NORCE

Myrjord fra Lisle Lyngøyna, Øygarden, er full av mikroplast etter 50 år med akkumulering av marint plastavfall som etter hvert har fragmentert til mindre biter i møte med miljøkreftene. Foto: Gunhild Bødtker, NORCE.

Bionedbrytning av plast betyr at plastmaterialet omdannes av mikroorganismer som bakterier, sopp og alger til karbon dioksid (CO₂) og nye mikroorganismer. Ved anoksiske betingelser kan også metan (CH₄) dannes dersom det er anaerobe metanogene arker til stede. Det er viktig at plastprodukter som merkes “bionedbrytbar” oppfyller den samme definisjonen og at tilsetningsstoffer som skal gi produktet ønsket form og farge også er bionedbrytbare og/eller ikke giftig for miljøet, og at plastproduktet i sin helhet bionedbrytes innen rimelig tid.

En av utfordringene med bionedbrytbar plast er at tidfesting av bionedbrytningsprosessen i miljøet er vanskelig siden bionedbrytning ikke bare er avhengig av plastmaterialet sine egenskaper, men også miljøfaktorer der plastproduktene ender opp. Temperatur er antatt å være den miljøfaktor som har mest innvirkning på bionedbrytningshastigheten, men resultater fra et tankforsøk ved Akvariet i Bergen som simulerer typisk norske marine forhold tyder på at også andre miljøfaktorer spiller en viktig rolle for hvor fort nedbrytningsprosessen går built2biodegrade.eu.   

Bionedbrytbar plast som er laget for å forsvinne i miljøet skal ikke etterlate seg mikro- og nanoplast. Dersom bionedbrytningsprosessen forløper i henhold til sertifisering i tiltenkt miljø (f.eks. jord eller marint miljø) vil bionedbrytningshastigheten øke etter hvert som plastbitene blir mindre. Dette skjer fordi plast bionedbrytes fra overflaten og innover, og siden overflate-til-volum forholdet til en masse øker med minkende størrelse av massen, vil bionedbrytning av små fragmenter forløpe raskere per massevolum sammenlignet med større fragmenter som har tilsvarende form.

Det trengs mer kunnskap om miljørisiko knyttet til bruk av bionedbrytbar plast. 

Bionedbrytbar plast kan “lekke” til et miljø den ikke er sertifisert
for å bionedbrytes i.   

Dersom bionedbrytbart plastdekke tiltenkt bionedbrytning i jordbruksjord “lekker” til for eksempel en nærliggende elv vil den bionedbrytbare plasten kunne bli værende i miljøet i lengre tid da den ikke er sertifisert for å bionedbrytes der. Siden mikro- og nanoplast på grunn av størrelse lettere transporteres i miljøet er det mulig at bionedbrytbar mikro- og nanoplast på denne måten kan bidra til langvarig plastforurensing. Men oppholdstiden i miljøet vil uansett være betydelig kortere enn tilfellet er for mikroplast av vanlig plast.   

Mikro- og nanoplast fra komposterbare plastprodukter.  

Dersom kompost fra industriell kompostering (58ºC) benyttes som gjødsel eller jordforbedring kan plastfragmenter fra ufullstendig bionedbrytning være en betydelig kilde til mikro- og nanoplast i miljøet. Komposterbar plast laget for å bionedbrytes ved forhøyet temperatur vil ikke effektivt bionedbrytes under miljøbetingelser og vil derfor kunne bli værende i miljøet over lengre tid og da utgjøre tilsvarende miljørisiko som mikro- og nanoplast fra vanlig plast.  

Lekkasje av miljøskadelige tilsetningsstoffer.  

Nyere forskning viser at produkter laget av bionedbrytbare plast inneholder like mange skadelige kjemiske stoffer som samme type produkter laget av vanlig plast (Zimmermann et al., 2019;Zimmermann et al., 2020). Toksikologiske testmetoder bør tilpasses testing av bionedbrytbare plastprodukter da det er sannsynlig at lekkasje av tilsetningsstoffer som ikke er bionedbrytbare vil øke i hastighet under bionedbrytningsprosessen. En hypotese er at ikke-bionedbrytbare tilsetningsstoffer i bionedbrytbare plastprodukter lekker til miljøet i en hastighet som er omvendt proporsjonal med bionedbrytningshastigheten.  

Inntak av bionedbrytbar mikroplast.  

Bionedbrytbar plast kan forveksles med mat og spises av organismer i miljøet på samme måte som mikro- og nanoplast av vanlig plast. For organismer som har mikroorganismer i fordøyelsessystemet er det en hypotese at mikro- og nanoplast av bionedbrytbar plast kan bionedbrytes i fordøyelsessystemet.  

Miljøeffekter av bionedbrytningsprosessen.  

Bionedbrytningsprosesser av bionedbrytbar plast kan påvirke mikrobiell aktivitet og økologi i miljøet. Effektene kan være knyttet til økt substratmengde (mat til mikroorganismene) som gir økt vekst og da gjerne av noen typer mikroorganismer spesielt. Det kan være sulfatreduserende bakterier som produserer H2S i marine miljø (Pinnell and Turner, 2019), eller sopp som fremelskes av det høye karboninnholdet i plast som komplementerer det høye karbon-til-nitrogen forholdet i soppbiomasse generelt sammenlignet med bakterier og arker (Muroi et al., 2016).   

Kan akkumulering av plast i jordbruksjord påvirke avlingene?  

Det er fremdeles mye vi ikke vet om miljøeffekter av vanlig plast i jord og enda mindre vet vi om mulige miljøeffekter som følge av at bionedbrytbar plast pløyes ned i jorden etter bruk. Kina er verdens største forbruker av plastdekke til dyrking og bønder i Kina benytter denne metoden når de dyrker blant annet, mais, hvete, bomull og poteter. En metastudie basert på kinesiske forskningspublikasjoner viser at selv om plastdekke øker avlinger påvirker plastrester akkumulert i jorden over tid avlinger negativt når plastmengden i jorden kommer over 240 kg plast/hektar (Gao et al., 2019). Dette er et estimat basert på et stort datasett og illustrerer dermed en trend mer enn en absolutt plastmengde som gjelder for alle jordtyper og betingelser, alle plasttyper, størrelseskategorier av plast og plantearter. En laboratoriestudie under kontrollerte betingelser viser at en type bionedbrytbart plastdekke faktisk hemmet utvikling og vekst av hvete mer enn det vanlig plast gjorde da den ble blandet inn i jorden, og at mikroplast hadde noe større negativ effekt sammenlignet med makroplast (Qi et al., 2018). Dette er bare noen eksempler på forskningsresultater som er aktuelle for temaet landbruksplast generelt og plastdekke spesielt. Det er viktig med forskning for å avdekke mulige miljøeffekter av bionedbrytbar plast på jordhelse og avlinger under norske forhold, og ikke minst utvikling av sertifiseringsmetoder for bionedbrytbar plast som skal anvendes i kalde klima som vi har her i Norge.   

Litteraturreferanser  

Gao, H.H., Yan, C.R., Liu, Q., Ding, W.L., Chen, B.Q., and Li, Z. (2019). Effects of plasticmulching and plastic residue on agricultural production: A meta-analysis. Science of the Total Environment 651, 484-492. 

Muroi, F., Tachibana, Y., Kobayashi, Y., Sakurai, T., and Kasuya, K. (2016). Influences of poly(butylene adipate-co-terephthalate) on soil microbiota and plant growth. Polymer Degradation and Stability 129, 338-346. 

Pinnell, L.J., and Turner, J.W. (2019). Shotgun Metagenomics Reveals the Benthic Microbial Community Response to Plastic and Bioplastic in a Coastal Marine Environment. Frontiers in Microbiology 10. 

Qi, Y., Yang, X., Pelaez, A.M., Huerta Lwanga, E., Beriot, N., Gertsen, H., Garbeva, P., and Geissen, V. (2018). Macro- and micro- plastics in soil-plant system: Effects of plastic mulch film residues on wheat (Triticum aestivum) growth. Sci Total Environ 645, 1048-1056. 

Sapea (2020). "Biodegradability of plastics in the open environment". (Berlin: SAPEA). 

Zimmermann, L., Dierkes, G., Ternes, T.A., Volker, C., and Wagner, M. (2019). Benchmarking the in Vitro Toxicity and Chemical Composition of Plastic Consumer Products. Environmental Science & Technology 53, 11467-11477. 

Zimmermann, L., Dombrowski, A., Volker, C., and Wagner, M. (2020). Are bioplastics and plant-based materials safer than conventional plastics? In vitro toxicity and chemical composition. Environment International https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106066.