AP 3.1: Identifisering og kvantifisering av mikroplast og uønskede stoffer

Simultan termisk analyse

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

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

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.

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 bionedbrytbare polymerer.

I prosjektet har STA/FTIR metoden, i kombinasjon med parallellfaktoranalyse (PARAFAC), også blitt utviklet til analyse av mikroplast fra bildekk i jord- og sediment uten forbehandling av prøvene. Arbeidet er presentert i doktorgradsavhandlingen "Microplastics in stormwater runoff : measuring tire wear particles (TWP) concentration in the road environment and effect of treatment systems" til Demmelash Mengistu og tre vitenskapelige publikasjoner (Mengistu m.fl. 2021, 2022, 2023).

Til slutt kan STA/FTIR metoden, i kombinasjon med forbehandling av prøver der vi fjerner lett nedbrytbart organisk materiale ved hjelp av Fenton-reaksjon (se faktaboks «Forbehandlinger av miljøprøver»), også brukes som et verktøy i kvalitetskontroll av organisk avfall som skal gjenbrukes som organisk gjødsel eller jordforbedringsmiddel.

Mikroplast i biorest

I dette prosjektet undersøkte vi mikroplast i biorest. Bioresten vi undersøkte ble benyttet som gjødsel, og 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”

Kunnskapen og metodene utviklet i prosjektet ble brukt videre i prosjektet PacKnoPlast, hvor vi identifiserte og kvantifiserte mikroplast i biorest, med fokus på hvor mye som stammer fra plastposene som brukes til innsamling av matavfall, og hvor mye fra feilsortering (bl.a. når plastemballasje ikke fjernes fra maten som kastes i matavfall). Vi så at det meste av plasten i matavfall ble fjernet gjennom forbehandlingsprosessene, og at bioresten ligger innenfor kravet til gjødselvareforskriften (som imidlertid ikke omtaler mikroplast under 4 mm). Allikevel fant vi mikroplast i biorest, både vanlig og bionedbrytbar, men i lave konsentrasjoner på cirka 0,5 g mikroplast per kg biorest tørr vekt.

Mikroplast i kompost

I samarbeid med DGRADE prosjektet har vi undersøkt mikroplast i kompost og utviklet en analysemetode for bionedbrytbar plast i kompost, samt prøvd ut forskjellige prøveopparbeidelsesmetoder.

For ytterligere detaljer, se MSc.-oppgaven til Andreas Brilke “Hva skjer med bionedbrytbar plast i jord og kompost? Utvikling og sammenligning av metoder/What happens to biodegradable plastics in soil and compost? Development and comparison of methods”.