Széchenyi István Egyetem Környezetmérnöki Tanszék Mikro-műanyagok a tengerekben
Környezetállapot-értékelés II. beadandó házi feladat
Készítette: Káli Szabolcs Kiss Marcell
1 2016.03.30.
Tartalomjegyzék 1.
Bevezetés .........................................................................................................
3
2.
Műanyagok ......................................................................................................
4
2.1. Műanyagok története és csoportosítása ........................................
4
Mikro-műanyagok a tengerekben ..................................................................
7
3.1. Mikro-műanyagok forrása ...............................................................
7
3.2. Mikro-műanyagok sorsa a tengerekben ..........................................
9
3.3. Mikro-műanyagok hatásai ...............................................................
12
3.3.1. Biológiai hatásai ....................................................................
13
3.3.2. Kémiai hatásai .......................................................................
15
3.3.3. Emberi hatásai.......................................................................
16
Lehetséges megoldások?.................................................................................
18
4.1. The Ocean Cleanup ..........................................................................
18
4.2. Ecovative ..........................................................................................
20
4.3. Algából készült palack ......................................................................
21
Befejezés .........................................................................................................
22
Irodalomjegyzék .....................................................................................................
23
Ábrajegyzék
.........................................................................................................
24
Táblázatjegyzék.......................................................................................................
24
Diagramjegyzék.......................................................................................................
24
3.
4.
5.
2
1. fejezet Bevezetés Bolygónkon jelenleg 7,4 milliárd ember él. Ahhoz, hogy az egyre növekvő emberiség igényeit ki tudjuk elégíteni egyre több energiaforrásra és nyersanyagra lesz szükségünk. A növekvő igények kielégítése viszont azzal jár együtt, hogy egyre nagyobb hatást gyakorlunk a bolygónkra. A negatív hatások elsősorban a hulladékok és a szennyezések formájában jelentkeznek. Dolgozatunk a tengerekben előforduló hulladékok egy jelentős fejezetével, a mikroműanyagokkal foglalkozik. A műanyagok mesterségesen előállított termékek, praktikusak, és a mindennapi életünk szerves részét képezik. Azonban nem megfelelő hulladékkezelésük esetén jelentős károkat tudnak okozni a vízi ökoszisztémákban. Mivel könnyűek a vízfelszínen úsznak, ahol az UV sugárzás hatására feldarabolódnak. A feldarabolódás ellenére nem tűnnek el a tengerekből, mivel biológiailag nem lebonthatóak. A kis mérettartományú frakciók a tengerekhez kötött élőlények szervezetében felhalmozódhatnak, hatalmas károkat okozva ezzel a tengerek élővilágában. Dolgozatunkban azokra a kérdésekre keressük a választ, hogy miként, és hogyan kerülnek be a műanyagok a világtengerekbe, ott milyen hatásokat fejtenek ki, és milyen mennyiségekben találhatók meg az egyes műanyag frakciók. Tanulmányunk utolsó fejezetében a világóceán műanyag mentesítésre vonatkozó néhány lehetséges megoldást mutatunk be. Dolgozatunk a Környezetállapot-értékelés II. tantárgy beadandó házi feladataként készült el.
3
2. fejezet Műanyagok 2.1. Műanyagok története és csoportosítása A műanyagok mesterségesen előállított termékek. A műanyagok gyártása során az alapanyag lehet biomassza, de a legtöbb esetben valamilyen fosszilis energihordozó (pl.: kőolaj). Széles alkalmazhatóságuk révén, mindennapi életünk szerves részét képezik. A műanyagokat több szempont szerint lehet csoportosítani, egyik lehetséges csoportosítási mód a gyártási technológiájuk alapján történik. E szerint megkülönböztetünk hőre keményedő műanyagokat (duroplaszt), hőre lágyuló műanyagokat (termoplaszt), és rugalmas műanyagokat. [1] Laboratóriumi körülmények között, Victor Regnault szintetizált először PVC-t (polivinilklorid) 1838-ban. 1839-ben Charles Goodyear felfedezte, hogy a gumifa nedvéből kiválasztható kaucsuk, kénnel vegyítve gumit alkot. A következő években a műanyagok különböző típusait szintetizálták, a XX. század közepén pedig, megindult a műanyagok ipari méretű gyártása. [1] Napjainkban is sokfajta műanyag termelése folyik, azonban a piacot hat műanyagtípus dominálja:
Polietilén (PE)
Polimerizációs műanyagok közé tartozik. A polimerizáció a műanyag képződésére utal, ami egy kiindulási vegyület (monomer) sorozatos önaddícióját jelenti. Polietilén esetén a monomer az etilén. Csomagolóipar a legnagyobb felhasználója.
Polipropilén (PP)
A polietilénhez hasonlóan a polipropilén is a polimerizációs műanyagok közé tartozik. Jelen esetben a monomer, a propilén sorozatos önaddíciójaként jön létre. Jobb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a polietilén. Csomagolóipar, textilipar, autóipar az elsődleges felhasználója.
Polivinil-klorid (PVC)
Polimerizációs műanyag, a vinil-klorid polimerizációjával állítják elő. Nagyon elterjedt, kémiailag ellenálló, hőre lágyuló műanyag. Pl.: burkolóanyagok.
4
Polisztirol (PS)
Polimerizációs műanyag, a vinil-benzol polimerizációjával állítják elő. Csomagolóipar, CD, DVD borítóként használatos.
Poliuretán (PUR)
Poliaddíciós műanyagfajta. Poliaddíció során két vagy több vegyület összekapcsolódása történik, eredményként pedig egy óriásmolekula keletkezik. A PUR műanyagok izocianátok és háromértékű alkoholok poliaddíciójával keletkeznek. A PUR habot hőszigetelésre használják.
Polietilén-tereftalát (PET)
Polikondenzációs műanyag. Az egyik legismertebb műanyagfajta, széles körben elterjedt kedvező mechanikai tulajdonságai miatt. Csomagolóipar a fő felhasználója. Pl.: PET palackok. [GESAMP, 2015] A műanyaggyártás az utóbbi években ugrásszerűen fejlődött és növekedett. Az 1950es években 1,5 millió tonna műanyagot állítottak elő, ami a 2008-as évre 245 millió tonnára növekedett, a 2009-es években csekély csökkenés után a mennyiség 230 millió tonna volt. A mennyiség 25%-át Európában állítják elő, 16,5%-át az USA-ban, 16,5% Ázsiában (Kína kivételével), Kínában a 15%-át, 8%-át a Közel-Kelet, a maradék termelés pedig Japán, DélAmerika és a világ többi részén oszlik szét. Az 1. diagramban Európa által igényelt műanyagok mennyiségét látjuk, műanyagfajtákra lebontva. [2]
Európai műanyagigény 2014-ben (25,8 millió tonna) 7% 20%
7% 8%
10% 19%
29% PET
PS
PUR
PVC
PE
PP
Egyéb
1. diagram: Európai műanyagigény (forrás: http://www.plasticseurope.org/Document/plastics---thefacts-2015.aspx)
5
Az 1. diagramban látható az Európai Unió és Svájc, Norvégia által igényelt műanyagok mennyisége műanyagtípusokra lebontva. Számszerűsítve, 2014-ben 25,8 millió tonna műanyagot használt fel Európa, ami 2500 Eiffel-torony tömegével egyenlő. A műanyagok további sorsáról az 2. diagram nyújt áttekintést.
Műanyagok további sorsa Európában 30%
31%
39% Újrahasznosítás
Termikus égetés
Lerakás
2. diagram: Műanyagok további sorsa Európában (forrás: http://www.plasticseurope.org/Document/plastics---the-facts2015.aspx)
A 2. diagram alapján megállapítható, hogy a Európában a hulladékok harmada kerül lerakásra. Európa egy fejlett kontinens, az arányok tovább romlanak ha Ázsiáról, DélAmerikáról beszélünk. Természetesen a diagram egy átlagot tükröz, vannak újrahasznosítás szempontjából lényegesen jobban teljesítő országok (pl.: Norvégia, Németország) és vannak rosszabbul teljesítő országok is (pl.: Bulgária, Románia). Magyarország ebben a listában a középmezőny végén helyezkedik el, azaz a műanyag hulladékok jelentős hányada itt is lerakásra kerül. [2] A fejezetben a nagyságokat próbáltuk szemléltetni. Csak Európára nézve is rengeteg műanyag hulladék keletkezik, ami világviszonylatban még nagyobb mennyiséget jelent. Helytelen kezelése esetén potenciális veszélyforrást jelent a tengerek élővilágára is.
6
3. fejezet Mikro-műanyagok a tengerekben Amint már a bevezetésben említettük, a műanyagok a víz felszínén úszva UV sugárzás hatására feldarabolódnak. Különböző mérettartományú műanyag törmelékek jönnek létre. Dolgozatunk a mikro-műanyagok témakörével foglalkozik részletesebben, aminek a mérettartománya 1 nm és 5 mm között helyezkedik el. [GESAMP, 2015] 3.1. Mikro-műanyagok forrása A műanyagipart jelenleg az előző fejezetben is említett hat műanyag dominálja. Mivel a polietilént, a poliuretánt, a polipropilént, a polivinil-kloridot, a polisztirolt, és a polietiléntereftalát szintetizálják a legnagyobb mennyiségben, belátható, hogy a világtengerekben leggyakrabban ezek a műanyagtípusok halmozódnak fel. A műanyagok előállítása történhet fosszilis tüzelőanyagokból és biomasszából is. A biomassza a jövőre nézve egy jó alternatíva lehet a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére. Azonban, a biomassza alapú műanyagok sem válnak biológiailag lebonthatóvá, hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek mint a hagyományos társaik. Az 1. ábrán egy rövid összefoglaló látható a mikro-műanyagok forrásairól és a keletkezési körülményeiről. Jól látható, hogy a műanyaggyártás kiindulási terméke a fosszilis tüzelőanyagok és a biomassza. A műanyagokat az élet szinte minden területén felhasználjuk. Műanyag flakonok, PET palackok, műanyag csövek, cigaretta csikkek, autóipari termékek mind műanyagból épülnek fel. A következő oldalon található felsorolásban ismertetjük a mikro-műanyagok fő forrásait. [GESAMP, 2015] A tengerek mikro-műanyagtartalma az alábbi forrásokból származhat:
Elsődleges mikro-műanyagok:
Ebben az esetben közvetlenül szennyeződik a tengeri élővilág a mikro-műanyagokkal. A kozmetikai szerek, a csiszolópapírok, ipari tisztítószerek jelentős mértékben tartalmaznak mikro-műanyagokat. Elsődlegesen a szemetelés, a szennyvíztisztítási tevékenység és a gyári tevékenység miatt kerül a tengerekbe. Tisztálkodás közben, a tisztítószerek mikroműanyagtartalma a csatornahálózatba jut, ahonnan a használt víz egy szennyvíztisztító telepre kerül, azonban a szennyvíztisztítás nem minden esetben képes maximálisan kiszűrni a víz mikro-műanyagtartalmát. Így a mikro-műanyagtartalmú víz a folyókba, onnan pedig a tengerekbe, óceánokba jut. *3+
7
Kozmetikai szerek jelentős mennyiségben tartalmazhatnak mikro-műanyagokat. Fogkrémek, arcradírok, testradírok, szappanok által a mikrorészecskék közvetlenül eljuthatnak a tengerekbe. Ugyancsak jelentős forrás lehet a ruházkodás is. A szintetikus alapanyagú, műszálas ruhák mosása által a fent részletezett módon a műszál darabkák a világóceánba juthatnak. Egy átlagos mosás alkalmával körülbelül 1900 műszál darabka kerülhet a csatornahálózatba. [3]
Másodlagos mikro-műanyagok:
Ahogy az 1. ábra mutatja, a mikro-műanyagok másik keletkezési módja, ha nagyobb, makroszkopikus műanyagból, aprózódnak fel. Az ultraibolya sugárzás, a mechanikai hatások (pl.: hullámok), a biológiai aktivitás folyamatosan aprítja a tengerbe kerülő műanyagokat. A műanyagok a helytelen hulladékkezelés, az illegális hulladéklerakók, az ipari tevékenységek és a gyakori szemetelés miatt kerülnek a tengerekbe. [3]
1. ábra: Mikroszkópikus műanyagok keletkezése és forrásai (forrás: GESAMP, 2015)
8
Az UV sugárzás hatására a műanyagokat összetartó kémiai kötések felbomlanak, ezek a kémiai anyagok kijutnak a tengeri környezetbe. A jelenség káros hatásai később fogjuk részletezni. A kémiai kötések felbomlásával a műanyag sokat veszít rugalmasságából, nagyon törékennyé válik. A hullámok általi mechanikai hatásokra pedig széttöredeznek. A feldarabolódás hatására a nagyobb műanyagokból, mikró-műanyagok keletkeznek. [3]
Balesetek, emberi mulasztások, szemetelés
Különböző balesetek, emberi mulasztások során is jelentős mennyiségű mikroműanyagok kerülhetnek a tengerekbe. Pl.: Vizi szállítás során a hajót ért balesetek. [3] Mintavételezés Ahhoz, hogy megfelelő képet kapjunk a mikro-műanyagok darabszámát és tömegét illetően, reprezentatív mintavételezésre van szükség. A mintavételezés során manta hálót használnak. A hálóra jellemző, hogy rendkívül kis lyukméretű, így a mikro-műanyagok kimutatására alkalmazható (2. ábra). [GESAMP, 2015]
2. ábra: Mintavételezés manta hálóval (forrás: GESAMP, 2015)
A mintavételezés során külön történik a mintavétel az üledékből, a tengervízből és mintát vesznek az ott élő állatokból is. 3.2. Mikro-műanyagok sorsa a tengerekben A műanyagok olyan vegyületekből képződnek, amiket a természet hosszú időtartalom alatt bont le. Az előző fejezetben láthattunk példát arra, hogy hogyan kerülnek a tengerekbe a mikro-műanyagok. Közvetlenül, vagy UV-sugárzás hatására a kötések felbomlanak és kis mérettartományú műanyagok (mikro-műanyagok) keletkeznek. Az UV-sugárzás hatása 9
mellett, a mechanikai hatások, és az organizmusok hatásai sem elhanyagolhatóak. Ennek hatására a műanyagok folyamatosan aprózódnak. A mikro-műanyagokat a tengeri élővilág és az óceánok áramlásai szállítják. Ennek hatására a mikro-műanyagok a 3. és a 4. ábra szerint halmozódnak fel az óceánokban. Jelentős mértékben felhalmozódhatnak az üledékekben is. A 3. ábrán és 4. ábrán látható a mikro-műanyagok elterjedése különböző méretű frakciókra lebontva. A 2. ábrán látható a sűrűség, míg a 3. ábrán a tömeg. A 3. ábra és a 4. ábra 0,33 mm-től lefedi a műanyag frakciókat. A vizsgálódásunk szempontjából az első és a második frakció a jelentősebb. Ugyanakkor, a többi műanyag frakció elterjedése és tömege alapján is tehetők megfigyelések.
3. ábra: Mikro-műanyagok sűrűsége (darab/km2) (forrás: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0111913)
10
4. ábra: Mikro-műanyagok tömege (gramm/km2) (forrás: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0111913)
A két felső ábra alapján megállapítható, hogy a 200 milliméternél nagyobb műanyagok kis sűrűséggel fordulnak elő a tengerekben, viszont a tömegnek a jelentős részét ezek a műanyagok teszik ki. Jól látható, az is hogy a 4,75 mm-nél kisebb mérettartományú műanyagok igen jelentős tömegben fordulnak elő. A legszennyezettebb területek a Csendesóceán, és az Atlanti-óceán közepe. Feltételezhetően a tengeráramlások következtében a mikro-műanyagok jelentős része ide szállítódik. Erősen szennyezett az Indiai-óceán jelentős területe is. A modellszámítások alapján 5,25 trillió műanyag darabkát becsülnek a szakemberek, ami közel 300 000 tonnát tesz ki (1. táblázat). [4]
Tömeg (102 tonna)
Mérettartomány (mm)
Csendes -óceán (Északi)
Csendes -óceán (Déli)
Atlantióceán (Északi)
Atlantióceán (Déli)
Indaióceán
0,33-1,00
21
6,5
10,4
3,7
14,6
14,1
70,4
1,01-4,75
100
16,9
42,1
11,7
80,1
53,8
285
4,76-200
109,0
17,8
45,2
12,4
64,6
57,6
306,0
>200
734,0
169,0
467,0
100,0
452,0
106,0
2028,0
964,0
210,2
564,7
127,8
591,3
231,5
2689,4
Összesen
Földközi Összes -tenger
1. táblázat: Műanyagok tömege (forrás: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0111913)
11
Az 1. táblázat adataiban piros színnel emeltük ki azokat a tartományokat, amik a mikro-műanyagok mérettartományába esnek és vizsgálódásunk szempontjából relevánsak. Az 1. táblázat adatai alapján is megállapítható, hogy a tömeg jelentős részét a nagyobb mérettartományú (>200 mm) frakció alkotja. A 2. táblázatban ugyanezen műanyagok darabszámát emeltük ki. A mikro-műanyagok okozzák a legnagyobb kárt a természetben, ezért nagyon fontos a megfelelő mennyiségük és a darabszámuk becslése, amire a 2. táblázat egy jó támpontot kínál. Mérettartomány Csendes- Csendes- Atlanti- Atlanti- Indai- Földközi- Összes (mm) óceán óceán óceán óceán óceán tenger (Északi) (Déli) (Északi) (Déli)
Darabszám (1010 db)
0,33-1,00 1,01-4,75 4,76-200
>200 Összesen
68,8 118 13,2
17,6 26,9 4,4
32,4 53,2 7,3
10,6 16,7 2,4
45,5 74,9 9,2
8,5 14,8 1,6
183 302 38,1
0,3 199
0,1 49,1
0,2 93,0
0,05 29,7
0,2 130,0
0,04 24,7
0,9 525,0
2. táblázat: Mikro-műanyagok tömeg és darabszáma (forrás: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0111913)
A 1. táblázat és a 2. táblázat adatai alapján megállapítható, hogy a mikro-műanyagok lényegesen nagyobb darabszámban fordulnak elő, mint a nagyobb műanyag fajták. Ez egy bizonyítékként is szolgálhat arra nézve, hogy a műanyagok a tengerbe kerülésük után, az UV sugárzás, a mechanikai hatások, és a biológiai folyamatok hatására apró alkotórészeikre esnek szét. A táblázatok alapján megállapítható, hogy legnagyobb darabszámban a mikroműanyagok tartománya található a tengerekben. Ezért ez a műanyag frakció gyakorolja a legnagyobb hatást az élővilágra, amit a következő fejezetben fejtünk ki. 3.3. Mikro-műanyagok hatásai Az előző fejezetekben példát láthattunk arra, hogy melyek a leginkább elterjedt műanyagok, az élet milyen területén használjuk fel őket és miként jutnak be a tengeri ökoszisztémákba. Mivel mikro-műanyagok rendkívül nagy darabszámban vannak jelen a tengerekben, ezért a hatásuk is jelentős és sokrétű. Ebben a fejezetben ezeket a hatásokat foglaljuk össze.
12
3.3.1. Biológiai hatásai A tengeri élőlények a világóceánba bekerült mikro-műanyagok és a táplálékok között nehezen tudnak különbséget tenni. Sok esetben a mikro-műanyagokra is táplálékként tekintenek. A mikro-műanyagok belekerülnek a kishalak szervezetében, a kisebb halakat a nagyobb halak fogyasztják el, a nagyobb halakat pedig maga az ember. [GESAMP, 2015] Kutatások kimutatták, hogy a tengerben található szennyező anyagokat, mint például a DDT, a PCB-k (Poliklórozott-bifenil), a mikro-műanyagok vonzzák. Vizsgálták az egyes műanyagrészecskék toxikus anyagtartalmát is, és eredményül azt kapták, hogy a mikroműanyagokban található toxikus anyagtartalom lényegesen nagyobb volt mint a tengervízben. [10] A jelenséget kísérletekkel is alátámasztották. A kísérlet során lombikban lévő tengervízbe helyeztek műanyag darabkákat, és a lombikba különböző anyagokat csepegtettek. A kísérlet eredményéül a fent leírt jelenséget kapták. A kísérletet a kémiai hatások alfejezet alatt mutatjuk be részletesebben. [10] Tehát, a mikro-műanyagok jelentős toxicitással rendelkeznek. A mikroműanyagokban található veszélyes anyagok, pedig képesek akkumulálódni, felhalmozódni az ezeket elfogyasztó élőlények szervezetében. Elfogyasztása hatással van a populációra és befolyásolja az ökoszisztéma szintű folyamatokat. A jelenséget bioakkumulációnak nevezik, minél nagyobb tömegű az élőlény, annál több toxikus anyag halmozódik fel a szervezetében. Ez ránk, emberekre nézve is veszélyt jelent. Mi állunk a tápláléklánc csúcsán, és mi fogyasztjuk el a legtöbb ilyen veszélyes anyagot. Az emésztőrendszerben a nano-méretű műanyagok bejuthatnak a tengeri állatok testébe a kopoltyún keresztül, légzés közben és a belekbe táplálkozás által. [10] Laboratóriumi tanulmányok alapján a mikro műanyagok egybeolvadnak a szervezettel, nem halmozódnak vagy kiválasztódnak mérettől függően ez által a bél és más szövetekbe eredményezhet "belső" expozíciót. [10] Számos állat, madarak, halak gyomrában találnak mikro-műanyagokat. A gyomortartalomban talált mikro-műanyag mennyiségből következtetni lehet a tengerrész tisztaságára. A déli-sarkvidéki madárfiókák 80%-ban található műanyag részecske A tengerhez kötött életmódot folytató madarak (pl.: sirályhojsza) megfulladnak a műanyagoktól. Kutatások alapján a legrosszabb helyeken akár 0,6 gramm műanyag található a gyomrukban. [10]
13
Emberre vetítve ezt a mennyiséget körülbelül 100-al kellene megszorozni. Eszméletlen mennyiséget kapunk. Darabszámra levetítve a madarakban átlagosan 31 darab műanyag darabkát találtak a kutatók, ha emberre vetítjük ezt akkor 3100 darabbal kellene számolnunk. [10] A műanyagok többsége a felszínen lebeg, így nagy területen keveredik a táplálékkal. A madarak a levegőből nézve gyakran összekeverik a táplálékot a mikro-műanyagokkal. Elsősorban a vörös és bíbor színű műanyag darabkákat tekintik tápláléknak és elfogyasztják. A tengerhez hasonló színű darabkákat, így a szürkét a fehéret a kéket a víz felszínén hagyják, ritkább esetben tekintenek rá táplálékként (6. ábra). [10] Ha 10 db-nál kevesebb mikro-műanyag van a madár gyomrában akkor az adott tengerrész tisztának tekintendő, ha ennél több, akkor szennyezett. [10]
6. ábra: Madártetem (forrás: http://www.npr.org)
Ezenkívül a nagyobb műanyagdarabkákkal élőlények is terjedhetnek. Az óceánok áramlásának hatására messze elsodródhatnak az eredeti élőhelyükről. Az így továbbsodródó élőlények (moszatok, moszatok növényzeteiben élő kisebb rákok) jelentős hatást gyakorolhatnak azokon a helyeken ahol partra vetődnek. Kiszoríthatják az eredeti élővilágot, invazív fajként viselkedhetnek, ami az adott ökoszisztéma teljes felborulásával is eredményezheti. *10] Mikroorganizmusok: táplálékpiramis alját képezik, szabad szemmel nem láthatók, milliárdnyi darab van egyes műanyagokon Kísérlet: műanyag keverése üledékkel, polietilént helyeztek a mikrobák közé.
14
Reménykeltő dolgok a kutatások után: mikrobák elfogyaszthatják a műanyagot, képesek lebontani a szennyeződéseket , szén miatt pusztíthatják őket ami tápanyagként szolgál nekik. [10] Egyelőre a kutatások kezdeti fázisban vannak. 3.3.2. Kémiai hatásai A műanyagokban található kémiai kötések már 30°C-os hőmérsékleten kezdenek felbomlani. Ilyenkor a különböző mérgező adalékok, amiket a műanyag előállítása során felhasználtak, a természetbe jutnak. Ilyen vegyület a BPA: Biszfenol-A típusú hormon. BPA(Biszfenol-A) Szintetikus hormon, műanyagok lágyítására használják. Mérgező hatású. A kémia kötések 30°C-on bomlanak, ilyenkor a különböző mérgező adalékok, amiket a műanyag előállítása során felhasználtak, a természetbe jutnak, majd később az élőlényekbe kerülnek azon belül a véráramba. [10] Számos káros hatásért felelőssé tehető amit tudományos kutatások alapján kimutattak. pl.: rákos megbetegedésekért (prosztata- és mellrák), cukorbetegség kialakulásáért, pajzsmirigy zavarokért, szívbetegségekért, asztmáért, pajzsmirigy rendellenességekért, továbbá hormonális zavarokért (korai serdülésért, elhízásért, meddőségért) emellett születési rendellenességekért, az agyi fejlődés rendellenességeiért és viselkedési zavarokért. [6] Az egyik legnagyobb mennyiségben gyártott hozzávetőlegesen 2,7 millió tonnát állítottak elő a világon.
kemikália,
amiből
évente
Ma már TILOS a használata! [6] DDT (Diklór-difenil triklóretán), PCB (Poliklórozott bifenilek) Nem oldódnak a vízben, ugyan olyan idegen anyagként vannak a vízben mint a műanyag Kísérlet: A Tokiói öbölben tiszta műanyagflakont tettek a vízbe, utána napokon keresztül mérték a vegyszerek koncentrációját. Döbbenetes eredményt mutatott, amiből kiderült,hogy a mérgek koncentrációja több milliószor nagyobb a mikro-műanyagokban mint a vízben. [10] A vegyi anyagok és az élővilág is (invazív fajok, kórokozók), nagyban növeli szétszóródás lehetőségét a tengeri környezetben, ami veszélyt jelent a tengeri biológiai sokféleségre. [10] 15
A mikro műanyagok nem csak befolyásolják a fajokat a szervezet szintjén, hanem megvan a kapacitásuk, hogy módosítsák a népesség struktúráját. Nagy hatást gyakorolnak az ökoszisztéma dinamikájára, beleértve a baktériumokat és vírusokat is. [10] Negatív hatással vannak a fotoszintézisre, az őstermelőkre és a másodlagos termelők növekedésére, és potenciálisan csökkentik a termelékenységet az egész ökoszisztémára nézve. [10] A kutatók azt tapasztalták, hogy több olyan faj is gyorsan kolonizálta a műanyagot, melyek összegyűltek a felszínen és „biofilmet” hoztak létre. Érdekes, hogy a tengeri baktériumoknak csak bizonyos típusai képeztek biofilmet. A biofilm növekedés állítólag növeli az élelmiszerhiányt, mivel a zooplanktonok hatással vannak a planktonok közösségére. [10] 3.3.3. Emberi hatásai A számos tanulmány mutatta be, hogy milyen hatással lehetnek a részecskék az emberi és emlősállatok szöveteire és hogyan befolyásolják hátrányosan az egészségügyi allergiás reakciókat, asztmát, rákot és szívbetegséget. Negyed nanométernyi mikroműanyagok már problémát okozhatnak a keringési rendszerben. Ilyen műanyagok azonban megtalálhatóak a tenger gyümölcseiben, a halakban, kagylókban, rákokban. [9] Az emberi szervezetbe kerülve a részecskék csontritkulást is előidézhetnek. Továbbá hatással vannak a vízi ökoszisztémákra, a turizmusra, a gazdaságra, a szállításra. Esztétikai szempontból taszító látványt kelt az emberekben, senki sem szeretne úszó hulladékszigeteket látni a tengerek vízfelszínén. [9] Nanoplasztikumok: A kis mérettartományú (nm) műanyagokról kimutatták, hogy a kagylókban akkumulálódhatnak. A kagylók táplálkozás során beszívják az apró állatokat a kopoltyúkon keresztül, majd a táplálék az emésztőrendszerükbe jut. A műanyag részecskék csoportokat képeznek, majd a sejtek felveszik őket. Később a műanyag lerakódik a szövetekben, majd gyulladást okoz az emésztőmirigyben. [10] Lehetséges következménye lehet a rák is. Ez a műanyag típus megtalálható a fogkrémekben és zuhanyzás közben használatos bőrradírban. A szemcsék bejutnak a csatornarendszerbe majd onnan a szennyvíztisztítóba és onnan már lehetetlen kiszűrni, ami végül a folyókba, tengerekbe kerül. Sajnos ebből a körforgásból is látszik, hogy saját magunkat mérgezzük meg a mindennapos használati eszközeinkkel.
16
7.ábra: Nanoplasztikumok (forrás:www.sciencebuzz.org)
17
4. fejezet Lehetséges megoldások? 4.1. The Ocean Cleanup A mozgalmat 2013. februárjában Boyan Slat keltette életre. A projekt lényege, olyan technológiák fejlesztése amivel az óceánokban előforduló műanyagok jelentős része kinyerhető. Az elképzelés egy újfajta irányvonalat eredményez. Fontos az emberek viselkedésmódjának megváltoztatása és a szennyezések megelőzése, azonban az összes szennyezőforrást tökéletesen nem lehet kontrollálni. Mindig lesznek szemetelő emberek és történnek balesetek is, amikkel szennyeződik az óceánok vize. Szükség van tehát egy olyan technológiára, ami az óceánok jelenlegi mikro-műanyag tartalmának a kinyerésére szolgál. [6] A probléma adott, már csak egy hatékony technológiát kell létrehozni. A projekt egy passzív technológiát alkalmaz, ami az óceánok áramlását használja fel, ilyen módon a Világtenger saját magát tisztítja meg. Ahogy a 8. ábrán látható, a tengeráramlások következtében öt ponton halmozódnak fel a mikro-műanyagok. Ez azt jelenti, hogy ezen az öt területen a legnagyobb a mikro-műanyag koncentráció. [6]
8. ábra: Az öt gócpont (forrás: www.plastinography.org)
18
9. ábra: A V-alakú kialakítás (forrás: www.plastinography.org)
A folyamat első lépéseként egy V alakú lebegő akadályt létesítenek a 8. ábra gócpontjain, ami az óceán aljzatához kerül rögzítésre. Mivel a műanyagok jelentős része csekély tömegű, ezért a víz felszínén úsznak. A lebegő akadály rendkívül vékony szemcséjű hálóból épül fel, így a műanyagok jelentős részét felfogja. A V alakú kialakítás sem véletlen, ez a mikro-műanyagokat a központi rész felé tereli, ahol megtörténik az elkülönítés és a tárolás. Az így összegyűjtött műanyagokat a szárazföldre szállítják újrahasznosításra. [6] Mivel a tengerben található műanyag törmelékek jelentős része a tenger áramlások hatására öt nagy szemétszigetbe tömörül, így relatíve kevés ilyen berendezésre lenne szükség. Pl.: Az Atlanti- Óceán megtisztításához 24 darab ilyen berendezés elegendő lenne, ami 4-5 év alatt az óceánt műanyagmentesítené. A rendszert napenergiával üzemeltetnék, várhatóan a 2020-as években indul meg a technológia telepítése. Jelenleg kísérleti fázisban van. [6]
10. ábra: A V-alakú kialakítás modellben (forrás: www.plastinography.org)
19
4.2. Ecovative Az Ecovative egy amerikai cég, ami Földbarát alapanyagokat gyárt. Elsődleges céljának tekinti, hogy megszabaduljanak a mesterséges anyagokban található toxikus, szintetikus alapanyagoktól, és Földbarát alapanyagokat fejlesszenek. [7] Az alapötlet, hogy gombafonalakból állítják elő ezeket a Földbarát alapanyagokat. A gombafonalak megfelelő körülmények között igen gyorsan elszaporodnak. A projekt első lépéseként mezőgazdaságból visszamaradt szalmát vesznek, amit a megtisztítása után micéliummal oltják be. A micélium ebből a mezőgazdasági hulladékból táplálkozik, pár napig érni hagyják, és amikor már megfelelően elszaporodott ledarálják, megfelelő formákba öntik és szárítják a további szaporodás megakadályozása végett. Az így keletkezett anyagot, csaknem olyan széles körben lehet használni mint a műanyagot. [7] Az Ecovative cég már gombafonal alapanyagú bútorokat, üvegtárgyakat, és berendezéseket védő csomagolásokat is gyárt. [7] A 11. ábrán láthatunk példákat a cég által gyártott termékekre. Csomagolási anyagokat is tudnak helyettesíteni a termékek. Az ábrákon kettő hungarocellt helyettesíteni képes termékeket láthatunk.
11. ábra: Gombafonal alapú termékek (forrás: www.ecovative.com)
20
4.3 Algából készült palack Egy műanyag palack több mint 1000 év alatt bomlik le. Ennek az időtartamnak a csökkentése céljából az izlandi tervező Ari Jónsson feltalálta az algából készült flakont. [8] Szinte teljesen hasonlít a műanyaghoz, de a legfontosabb részben nem: amíg tele van folyadékkal tartja a formáját, majd amint kiürül elkezd lebomlani. (12. ábra) [8] Talán ez lehet a jövő, de még kezdeti fázisban van ez a találmány, ami megoldhatja a műanyag palackok által okozott problémákat.
12. ábra: Algából készült palack (forrás: www.deezen.com)
21
5.fejezet Befejezés A mikro-műanyagokat három jelentős módon juttatjuk a tengerekbe. Közvetlenül szennyezzük vizeinket a kozmetikai termékek és a műszálas ruhák által, viszont a szemetelés és a helytelen hulladékkezelés révén is jelentős mennyiségű műanyagszemét kerül a tengerekbe. A nagyobb darabok az UV-sugárzás és a mechanikai ütések által folyamatosan aprózódnak. A mikro-műanyagok viselkedése a tengerekben sajátos jelleget mutat. Tengeri mozgásukat elsősorban a tengeráramlások határozzák meg, de az élőlények közvetítésével is terjedhetnek. Az óceánok középső részén feltorlódnak, itt mennyiségük és darabszámuk is jelentős. Hatásuk is ezeken a területeken érződik először. Veszélyességük egyrészt abban rejlik, hogy a toxikus anyagokat vonzzák, amik a tengeri élőlények testében felhalmozódhatnak, akkumulálódhatnak. A tengeri élővilági nem tud különbséget tenni a táplálék és a mikroműanyag között. Terjedésükkel megváltoztathatják az ökoszisztémák egészségét, felboríthatják annak az egyensúlyát. Hatásai az emberi szervezetben is érződnek, hiszen mi fogyasztjuk el a tengerekből kifogott halakat. A mikro-műanyagok visszaszorítása közös érdek. Ahhoz, hogy a eredményesen fel tudjunk lépni a mikro-műanyagszennyezés ellen a szemléletmód váltására van szükség. Eredményes hatást érhetünk el a műanyagfogyasztás csökkentésével, az ipari műanyaggyártás visszaszorításával és a környezetbarát megoldások támogatásával. Az utóbbi években a problémát egyre többen észlelik, és egyre többen változtatnak is rajta. Boyan Slat életre keltette The Ocean Cleanup projektet, ami a tengerek műanyag-mentesítését tűzte ki célul, Ari Jónsson feltalálta az algából készült palackot, az Ecovative cég micéliumból állít elő műanyag-helyettesítő termékeket. A változások tehát megindultak, a jövőben több ilyen újító szemléletű vállalkozókra lesz szükség, és csak úgy érhetünk el sikereket, ha a prevenciót és a jelenlegi szennyezések mentesítését egymás mellett alkalmazzuk.
22
Irodalomjegyzék
GESAMP: Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: A global assessment, 2015.
Internetes források: [1.]
Műanyagok: https://hu.wikipedia.org/wiki/M%C5%B1anyag
[2.]
Európára vonatkozó műanyag fogyasztási adatok: http://www.plasticseurope.org/home.aspx
[3.]
Mikro-műanyagok forrásai: http://www.greenfacts.org/en/marine-litter/l-2/3-micro-plastics.htm
[4.]
Mikro-műanyag mennyiségek: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0111913
[5.]
BPA(Biszfenol): https://hu.wikipedia.org/wiki/Biszfenol_A
[6.]
The Ocean cleanup: http://www.theoceancleanup.com/?gclid=CJSz8rHqwssCFdW4GwodWmMMJQ
[7.]
Ecovative: http://www.ecovativedesign.com/
[8.]
Algából készült palack: http://www.dezeen.com/2016/03/20/ari-jonsson-algae-biodegradable-waterbottles-iceland-academy-arts-student-designmarch-2016/
[9.]
Mikro-műanyagok hatásai: http://www.greenfacts.org/en/marine-litter/l-3/5-impact-environment.htm
[10.]
Dokumentumfilm: Műanyag a tengerek valódi réme, színes német dokumentumfilm, rendező: Friedemann Hottenbacher, 2013.
23
Ábrajegyzék 1. ábra: Mikroszkópikus műanyagok keletkezése és forrásai ................................. 2. ábra: Mintavételezés manta hálóval................................................................... 3. ábra: Mikro-műanyagok sűrűsége (darab/km2).................................................. 4. ábra: Mikro-műanyagok tömege (gramm/km2) ................................................. 5. ábra: Mikro-műanyagok belépése a táplálékláncba ........................................... 6. ábra: Madártetem ............................................................................................... 7. ábra: Nanoplasztikumok ..................................................................................... 8. ábra: Az öt gócpont ............................................................................................. 9. ábra: A V alakú kialakítás .................................................................................... 10. ábra: A V alakú kialakítás modellben ................................................................ 11. ábra: Gombafonal alapú termékek ................................................................... 12. ábra: Algából készült palack ..............................................................................
8 9 10 11 13 14 17 18 19 19 20 21
Táblázatjegyzék 1. táblázat: Műanyagok tömege és darabszáma .................................................... 2. táblázat: Mikro-műanyagok tömege és darabszáma .........................................
11 12
Diagramjegyzék 1. diagram: Európai műanyagigény ........................................................................ 2. diagram: Műanyagok további sorsa Európában .................................................
5 6
24
