Halmrör är en av de vanligaste plastavfallsprodukterna som finns vid kusten. Allt eftersom fler och fler plastprodukter produceras, konsumeras och kasseras, utvecklar forskare och tillverkare alternativa material som fungerar lika bra och som inte bidrar till ihållande plastföroreningar i miljön.

Men inte alla plaster är skapade på samma sätt - olika tillverkare har olika formuleringar av baspolymerer - som polymjölksyra (PLA) och polypropen (PP) - och kemiska tillsatser. Det betyder att olika plastformuleringar beter sig olika i miljön och bryts ner i havet i olika takt.

Det finns nya material på marknaden som går bort från petroleumbaserade produkter – som cellulosadiacetat (CDA), en polymer som härrör från trämassa som används allmänt i konsumentvaror – och forskare från Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) har arbetat att kvantifiera miljölivslängderna för ett brett utbud av plastvaror för att svara på den olösta frågan, hur länge håller strån i havet?

I en ny artikel publicerad i ACS Sustainable Chemistry &Engineering , WHOI-forskarna Collin Ward, Bryan James, Chris Reddy och Yanchen Sun sätter olika typer av sugrör av plast och papper head-to-head för att se vilka som försämras snabbast i kusthavet. De samarbetade med forskare från bioplasttillverkningsföretaget Eastman.

"Vi saknar en fast förståelse för hur länge plast håller i havet, så vi har designat metoder för att mäta hur snabbt dessa material bryts ned," sa Ward. "Det visar sig att det i det här fallet finns några sugrör av bioplast som faktiskt bryts ned ganska snabbt, vilket är goda nyheter."

Deras tillvägagångssätt innebar att suspendera åtta olika typer av sugrör i en tank med kontinuerligt strömmande havsvatten från Martha's Vineyard Sound, Massachusetts. Denna metod kontrollerade också temperaturen, ljusexponeringen och andra miljövariabler för att efterlikna den naturliga marina miljön. Alla strån övervakades för tecken på nedbrytning under 16 veckor, och de mikrobiella samhällena som växte på stråna karakteriserades.

"Mitt intresse har varit att förstå plastens öde, uthållighet och toxicitet och hur vi kan använda den informationen för att designa nästa generations material som är bättre för människor och planeten," sa James. "Vi har den unika förmågan att ta med havets miljö på land i våra tankar vid miljösystemlaboratoriet. Det ger oss en mycket kontrollerad miljö med naturligt havsvatten."

De testade sugrör gjorda av CDA, polyhydroxialkanoater (PHA), papper, PLA och PP. Under veckorna som stråna var nedsänkta i tankarna, försämrades CDA, PHA och pappersstrån med upp till 50 %, vilket projicerade miljölivslängder på 10–20 månader i kusthavet. PLA- och PP-stråna visade inga mätbara tecken på nedbrytning.

Forskarna jämförde sedan två strån gjorda av CDA - ett fast och det andra ett skum, båda från Eastman. Halmen gjord av skummad CDA var en prototyp för att se om en ökning av ytan skulle påskynda nedbrytningen. De fann att nedbrytningshastigheten för skumstråna var 184 % snabbare än dess solida motsvarighet, vilket resulterade i en kortare beräknad miljölivslängd än pappersstråna.

"De unika aspekterna av detta skumstrån är att det kan ha en kortare förväntad livslängd än pappersstråna men behåller egenskaperna som du tycker om ett plast- eller bioplasthalm," sa James, vilket gör det till ett lovande alternativ till konventionella plaststrån. jämfört med pappersstrån, som bryts ned snabbt i havet men surar användarupplevelsen genom att bli blöta, enligt författarna.

"Denna studie kan vara oerhört värdefull för halmtillverkare genom att tillhandahålla informerade och transparenta data när de väljer ett material för sugrör. Ännu mer ger den en trygghet att CDA-baserade strån inte kommer att lägga till den ihållande plastföroreningen, samtidigt som den visar halmtillverkarnas" engagemang för att erbjuda en hållbar produkt som minskar risken för livet i havet", säger Jeff Carbeck, Eastmans vicepresident för Corporate Innovation.

Vetenskapen stödjer en stöt bort från konventionellt plastmaterial. Plastföroreningar skadar människor och ekosystem och plastindustrin är en storskalig bidragsgivare till klimatförändringen och står för ungefär 4 % till 5 % av alla utsläpp av växthusgaser under hela livscykeln.

Med plastavfall som blivit allestädes närvarande i den globala havets och marina näringskedjan under de senaste 50 åren, är det viktigt att identifiera nya material som är hållbart framställda, bidrar till övergången från en linjär till en cirkulär ekonomi, och bryts ner om de av misstag läcker in i miljön, säger författarna i en separat kommentar publicerad i Nature .

"Även om en viss press för att flytta bort från plast, är verkligheten att plast är här för att stanna. Vi försöker acceptera det faktum att dessa material kommer att användas av konsumenter, och sedan kan vi arbeta med företag för att minimera effekterna av dem skulle de läcka ut i miljön", sa Ward.

"Vi inser vikten av att testa, validera och förstå den marina nedbrytningen av våra CDA-baserade produkter, men vi saknade de nödvändiga resurserna", sa Carbeck. "Eftersom vi visste att WHOI hade expertis och faciliteter, engagerade vi oss i ett samarbete för att möta denna utmaning. Detta partnerskap visar kraften i samarbete mellan industri och akademi för att främja gemensamma mål och göra en positiv inverkan."

Forskargruppen fann också att de mikrobiella samhällena i de strån som bröts ned var unika för varje halmmaterial. De mikrobiella samhällena på båda icke-nedbrytande stråna var dock desamma trots att de hade väldigt olika kemiska strukturer. Detta gav ytterligare bevis för att de inhemska mikroberna bryter ned de biologiskt nedbrytbara stråna, medan de icke-biologiskt nedbrytbara stråna sannolikt finns kvar i havet.

"Vår förståelse av effekterna av plastföroreningar på havets hälsa är verkligen osäker, och mycket av detta handlar om att inte veta de långsiktiga öden för dessa material," sa Ward. Han och resten av forskargruppen planerar att fortsätta mäta nedbrytbarheten hos plastmaterial, med hopp om att vägleda vart industrin går härnäst.

"Det finns många fördelar med att samarbeta med materialtillverkare, inklusive tillgång till analysfaciliteter och kunskap om och tillgång till deras material som du inte får om du arbetar i din egen silo," sa Ward. "Vi försöker optimera deras produkter för nedbrytning i miljön och i slutändan planetens bästa."

Mer information: Bryan D. James et al, Strategies to Reduce the Environmental Lifetimes of Drinking Straws in the Coastal Ocean, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07391

Collin P. Ward et al, För att bromsa plastföroreningar måste industri och akademi förenas, Nature (2024). DOI:10.1038/d41586-024-00155-z

Journalinformation: ACS Sustainable Chemistry &Engineering , Natur

Tillhandahålls av Woods Hole Oceanographic Institution