Joaquim Goes, en havsbiokemist vid Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory, var tvungen att titta två gånger när han först såg de små fibersträngarna flyta i ett vattenprov från Hudsonfloden. En expert på mikroplastdetektering, han har sett många små partiklar i urbana vattendrag tidigare.
Mikroplaster dyker upp i alla avkrokar av planeten, från nysnö i Antarktis till skaldjursmiddagar. De kommer från en mängd olika källor, inklusive mat- och dryckesbehållare, fisknät, däck och kosmetiska produkter. Men partiklarna som Goes såg såg honom som klädrelaterade.
"När jag tittade närmare kunde jag se att de inte var växtplankton eller djurplankton, utan fibrer som troligen hade kommit från tvätt," sa han. Visst nog, när Goes och hans elever fortsatte att prova floden, hittade de plymer av fibrerna runt avlopp från vattenreningsverk, vilket stöder tanken att tvätten var boven.
Utöver det, "några av våra elever karakteriserade några prover som vi samlade in i vattendragen, och i de flesta fall var de polyester eller dess derivat som användes i kläder", sa Goes.
Med dessa faktorer i åtanke, tillade Goes, "tror vi att tvätt av kläder och avloppsvatten som släpps ut från tvättmaskiner är den största källan till mikroplastfibrer i våra vattendrag."
Goes nådde ut till sin vän och samarbetspartner Beizhan Yan, expert på plastidentifiering. Yan hade också sett fibrerna som en del av sin egen forskning i Hudsonfloden och hade läst att de också hade hittats i mer än en tredjedel av plastavfallet i havet.
"Vi diskuterade idéer till ett förslag, och jag föreslog att vi skulle fortsätta där eleverna slutade och hitta en lösning för att förhindra att mikroplaster kommer ut i havet", säger Goes. "Jag sa till honom att ingen skulle se det här som ett stort problem, men vi har data för att bevisa det, och det skulle vara ett enastående projekt."
Mer forskning behövs för att bättre förstå effekterna av mikroplastkonsumtion på människors hälsa, men en nyligen genomförd studie fann att personer som hade små plastpartiklar fastnade i ett viktigt blodkärl var mer benägna att drabbas av hjärtinfarkt, stroke eller död. Mikroplaster andas in och intas genom förorenad skaldjur, vatten (både kran och flaska) och många andra typer av livsmedel.
"Det är klart att det finns en dominans av dessa partiklar i våra floder och hav, och om vi inte hanterar dem kommer de att hamna i våra näringskedjor och orsaka problem", säger Yan. "Jag var verkligen intresserad av att se om vi kunde lösa problemet vid källan."
I det här fallet syftar Yan på tvättstugan. En genomsnittlig belastning på tre pund av skjortor, byxor och strumpor släpper ut hundratusentals mikrofibrer i avloppssystemet, där de glider oupptäckt förbi vattenkemiska reningsverk och kommer in i flod- och havsekosystem. I USA är de flesta reningsverk utformade för att minska organiskt material i vattnet, sa Yan, och är inte effektiva för att ta bort ett överflöd av fina syntetiska partiklar som mikroplaster.
De flesta moderna kläder innehåller något slags syntetiskt material. Till skillnad från naturliga fibrer som bomull som helt bryts ner, stannar de syntetiska materialen i miljön för alltid. Goes och hans elever fann att polyestertyger är de värsta avverkningarna. Tvättmedel spelar också en roll:tvätt som tvättas med tvättmedel producerar i genomsnitt 86 % mer mikrofibrer än tvätt som tvättas med rent vatten. Med en genomsnittlig familj som tvättar 300 lass tvätt per år, ökar slöseriet.
För att komma till rätta med problemet satte Yan ihop ett team av multidisciplinära forskare från Columbia University, SUNY Stony Brook University, Cornell University och North Carolina State University. Med expertis inom så olika områden som kemi, hållbara textilier, filtrering och urban gruvdrift, utvecklar og testar forskarna ett vattenfiltreringssystem för att fånga upp mikrofibrer innan de ens lämnar tvättmaskinen. Projektet, finansierat av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), lanserades 2023 och kommer att pågå till 2025.
En av de största utmaningarna med projektet kommer att vara att utveckla ett filtreringssystem som inte bara kan detektera och extrahera mikrofibrerna, utan också kan bearbeta stora volymer vatten i snabb takt, säger Nicholas Frearson, senior personal associate vid Lamont-Doherty Earth Observatory .
En typisk tvättmaskin släpper ut cirka åtta liter vatten under en cykel, sa han, och mikrofibrer kan vara så små som en miljondel av ett hårstrås bredd. Utöver det kommer filtret sannolikt snabbt att täppas igen, vilket kräver någon form av automatisk självrengöringscykel.
"Filtren fungerar bra initialt, men sedan blir de sakta sämre och sämre eftersom de bara fångar upp allt och sätter igen sig själva", sa han. "Så ett av de största problemen vi försöker lösa är hur täpper du upp dem?"
Med en ingenjörsbakgrund är Frearson specialiserat på att utveckla sensorsystem för forskare som arbetar i avlägsna områden i världen, och samarbetade senast med Yan i ett mikroplastdetekteringsprojekt på Sydpolen. Han var ivrig att gå med i teamet som arbetar med problemet med tvättföroreningar.
"Om vi kan förhindra att fibrerna faktiskt kommer in i floden, kanske vi kan gå en lång, lång väg för att bromsa processen med att havet fylls med dem", sa han.
Den nuvarande prototypen av utrustningen är en fem fot hög labyrint av rör och ventiler, nästan lika stor som en riktig tvättmaskin. En andra generationens modell kommer helst att vara mycket mindre – ungefär lika stor som en liten resväska – och en slutlig modell skulle vara tillräckligt liten för att byggas in i kommersiella tvättmaskiner.
Tekniken kommer att tjäna till att hålla mikrofibrer borta från avloppssystemet men kommer också att bidra till en cirkulär ekonomi, sa Frearson. När det torkat ut kommer mikrofiberslammet som extraheras från varje cykel att likna en tunn kakliknande skiva som kan återvinnas för att producera fler kläder.
När en prototyp av filtreringssystemet är klart kommer teamet att testa det i bostadshus vid Columbia University, vilket kan hända så tidigt som hösten 2024, sa Yan. Därefter kommer de aktivt att försöka överföra den utvecklade tekniken till industrin och är redan i samtal med flera tillverkare.
Gemenskapens utbildningsprogram för att informera allmänheten om mikroplaster och även potentiella botemedel mot tvättföroreningar kommer att utvecklas och implementeras av Katherine Bunting-Howarth, biträdande direktör för New York Sea Grant och en co-PI i projektet.
Andra co-PIs på projektet inkluderar Benjamin Hsiao, framstående professor i kemi vid Stony Brook University; Karen K. Leonas, professor i textilvetenskap vid North Carolina State University; Wei Min, professor i kemi vid Columbia University; och Thanos Bourtsalas, lektor i hållbar utveckling och cirkulär ekonomi vid Columbia University.
"Vårt mål är att den nya tekniken för avlägsnande av mikroplaster som testats genom projektet med tiden kommer att bli tillgänglig för alla samhällen, inklusive traditionellt underbetjänade samhällen, och gynna alla", säger Yan.
Tillhandahålls av planetens tillstånd
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.
