Ett av våre hovedfokus i AP 3 har vært å identifisere og kvantifisere (mikro-)plast i organiske avfallsressurser.

Simultan termisk analyse

NIBIO har en STA/FTIR/GC-MS (forkortelse for simultan termisk analyse / Fourier-Transform infrarød spektroskopi / gasskromatografi-massespektrometri), som kan benyttes til å kvantifisere plast i komplekse miljøprøver, for eksempel organiske avfallsressurser og jord (Figur 1).

STA instrument.png
Figur 1. Analyselinjen som brukes på NIBIO til å analysere og identifisere plast i komplekse miljøprøver, består av en simultan termisk analysemaskin (termogravimetri og differensiell skanning-kalorimetri) koblet til en FTIR og en GC-MS (se teksten for ytterligere forklaring). Foto: Andreas Treu

STA/FTIR/GC er en analyselinje der smelteenergien til plast kan måles (gjennom differensiell skanning-gravimetri, DSC) og benyttes til både kvantifisering og identifisering, og der FTIR og CG-MS kan benyttes til å kvalifisere resultatene fra DSC-analysen.

Denne metoden, i kombinasjon med forbehandling av prøver der vi fjerner lett nedbrytbart organisk materiale, skal utvikles og implementeres som et verktøy i kvalitetskontroll av organisk avfall som skal gjenbrukes som organisk gjødsel og jordforbedringsmiddel

Apparatet har vært brukt med hell til å identifisere blandinger av plast i kompost uten forbehandling av prøvene.

Et eksempel på DSC-analyse av kompost med innhold av lavdensitetspolyetylen (PE-LD), polypropylen (PP) og polyetylenfibre (PE) vises i Figur 2.

DSC.png
Figur 2. Differensiell skanning-kalorimetrisk analyse (DSC) av kompost med innhold av lavdensitetspolyetylen (PE-LD), polypropylen (PP) and polyetylen-fibre (PE). DSC-spektre: Monica Fongen

Vi har testet apparatets deteksjonsgrenser ved hjelp av ulike temperaturprogrammer og plasttyper. Polypropylen i kompost kan for eksempel detekteres i konsentrasjoner helt nede i 0,1 vektprosent. For å gjøre det mulig å detektere plast i konsentrasjoner under 0,1 vektprosent har vi undersøkt ulike forbehandlingsmetoder for prøvene.

I løpet av dette prosjektet har vi også utviklet en database over DSC- og FTIR-spektre for en rekke typer plast fra forbrukerprodukter som kan lages av blandinger av ulike polymerer, blant annet polymerer med biologisk opphav og biologisk nedbrytbare polymerer.

Density separation.png
Figur 3. Separering av plast fra jordkomponenter (f.eks. organisk materiale og sand) ved hjelp av løsninger med ulike tetthet. Foto: Claire Coutris
fentons reagent.jpg
Figur 4. Prøveforbehandling ved hjelp av Fenton-reaksjon. Reaksjonen er kraftig eksoterm, noe man kan se av den voldsomme skummingen til høyre, og en gjennomføres på is. Foto: Andreas Brilke

Mikroplast i biogass-råtnerest

I dette prosjektet undersøkte vi også mikroplast i biogass-råtnerest.

Biogass-råtnerest som ble benyttet som jordforbedringsmiddel, viste seg å inneholde 0,2-1 % mikroplast med partikkelstørrelse 0,2-3 mm.

Enkelte av disse plastpartiklene hadde en sammensetning som var relativt lik i plastposer som brukes til innsamling av matavfall, men ikke alle, noe som tydet på at det fantes forekomster av plastavfall i matavfallet (feil kildesortering).

For ytterligere detaljer, se MSc.-oppgaven til Ann-Katrin Dale “Utprøving av ny metode for kvantifisering av mikroplast i biogjødsel/Testing of new analytical method for quantifying microplastics in biofertilizer”.

KONTAKTPERSON
Forbehandling av miljøprøver

Tetthetsseparering:

Separering av plast fra organisk materiale kan utføres ved hjelp av løsninger med ulike tettheter. Gummikorn fra kunstgressbaner ble for eksempel gjenfunnet i jorden rundt stadionene og ble separert fra jorden ved hjelp av en mettet salt/sukker-løsning, som vist i Figur 3.

Oksidering av organisk materiale ved hjelp av Fenton-reaksjon:

En annen måte å bedre deteksjonsgrensen i STA-FTIR-prosessen på, er å øke plastfraksjonen i prøven gjennom å fjerne organisk materiale. Dette kan oppnås ved hjelp av en Fenton-reaksjon, som består av H2O2 og en Fe2+-løsning ved lav pH. Oksideringen ble gjort på organisk avfall fra biogassproduksjon og kompost (Figur 4). Det ble også gjort direkte på ulike plasttyper, spesielt biologisk nedbrytbar plast, for på den måten å kunne redegjøre for potensielt tap av plastmateriale i løpet av oksideringen.