In een monumentale primeur heeft een consortium van Japanse instellingen aangekondigd dat biologisch afbreekbare kunststoffen, met uitzondering van polymelkzuur, zelfs in de diepzee door micro-organismen kunnen worden afgebroken.
Instellingen die het onderzoek leiden
De baanbrekende studie was een gezamenlijke inspanning van zes Japanse organisaties: de Universiteit van Tokio, het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Gunma University, het National Institute of Technology and Evaluation, het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, en de Bioplastics Association of Japan.
Experimentele locaties die de diepten overspannen
Onderzoekers voerden experimenten uit op verschillende diepzeelocaties, waaronder:
- Misaki in de prefectuur Kanagawa (diepte: 757 m)
- Hatsushima in de prefectuur Shizuoka (diepte: 855 m)
- Myojin Knoll nabij de Izu-Ogasawara-eilanden (diepte: 1292m)
- De diepzeevlakten in de Kuroshio Extension (diepte: 5503m)
- De wateren rond Minamitorishima, het meest oostelijke punt van Japan (diepte: 5552m).
Waarnemingen van microbiële actie
De biologisch afbreekbare kunststoffen bleken dicht gekoloniseerd door microben, wat na verloop van tijd leidde tot een ruw en putjesoppervlak dat wijst op biologische afbraak (Afbeelding 1). Ondanks langzamere afbraaksnelheden op grotere diepten werd de biologische afbraak op alle onderzochte zeebodemlocaties bevestigd.
Schatting van de afbraaksnelheid
Op basis van dit onderzoek wordt geschat dat op een diepte van ongeveer 1000 meter een biologisch afbreekbare plastic zak binnen drie weken tot twee maanden kan ontbinden.
Nieuwe afbraakmicroben ontdekt
Door middel van gensequencing van het 16S-rRNA en metagenomische analyse ontdekten onderzoekers talloze nieuwe microbiële soorten die in staat zijn biologisch afbreekbare kunststoffen in de diepzee af te breken.
Mondiale implicaties
De geïdentificeerde microben zijn niet uniek voor de Japanse wateren; ze worden wereldwijd aangetroffen in sedimenten op de zeebodem, wat erop wijst dat biologisch afbreekbare kunststoffen wereldwijd zouden kunnen ontbinden in diepzeeomgevingen.
Gepubliceerde bevindingen
De resultaten werden op 26 januari 2024 (Japanse tijd) gepubliceerd in de online editie van het internationale wetenschappelijke tijdschrift “Nature Communications” (Afbeelding 2).
Onderzoeksachtergrond
Nu er jaarlijks ongeveer 400 miljoen ton plastic wordt geproduceerd en er jaarlijks ongeveer 8 miljoen ton in de oceanen terechtkomt, is er dringend behoefte aan ‘biologisch afbreekbare plastics’ die door microben volledig kunnen worden afgebroken tot koolstofdioxide en water.
Het probleem met conventionele kunststoffen
Conventionele kunststoffen zoals polyethyleen en polypropyleen ontleden in geen enkele natuurlijke omgeving, noch op het land, noch in het water.
De studie in detail
De studie observeerde de afbraak van verschillende biologisch afbreekbare polymeren, waaronder microbiële polyester (PHA), polymelkzuur (PLA) en polysacharide-esterderivaten, in de diepzee gedurende perioden variërend van 3 tot 14 maanden.
Diepzee versus kustdegradatiepercentages
De biologische afbraaksnelheden op een diepte van 1000 meter waren ongeveer een vijfde tot een tiende van die aan de kust, en een twintigste op een diepte van 5000 meter (Afbeelding 3).
Toekomstige vooruitzichten
Deze studie heeft bewezen dat biologisch afbreekbare kunststoffen inderdaad door microben kunnen worden afgebroken, zelfs in de diepzee, waar het plastic afval in de zee zich uiteindelijk ophoopt.
Naar een oplossing
Het juiste gebruik van biologisch afbreekbare kunststoffen, vooral in producten die onvermijdelijk in de oceaan terecht kunnen komen, is essentieel om toekomstige vervuiling van de zee tegen te gaan.
Ontwikkeling van hoogwaardige, biologisch afbreekbare mariene kunststoffen
De toekomstige ontwikkeling is gericht op het creëren van hoogwaardige, biologisch afbreekbare mariene kunststoffen die tijdens gebruik hun eigenschappen behouden, maar beginnen af te breken zodra ze de zee bereiken.
