Katarzyna Samsonowska, Alicja Kaszuba

Streszczenie: Streszczenie: Wzrost produkcji tworzyw polimerowych generuje olbrzymie ilości odpadów plastikowych. Problem dotyczy całego środowiska naturalnego, a w szczególności akwenów, gdzie odpady z tworzyw tworzą dryfujące wyspy śmieci stanowiąc olbrzymie zagrożenie dla całych populacji organizmów morskich. Realnym niebezpieczeństwem i olbrzymim wyzwaniem dla zdrowia ludzi i zwierząt jest mikroplastik.
Słowa kluczowe: odpady tworzyw sztucznych, mikroplastik, akty prawne.

Tworzywa sztuczne  są obecne w każdej dziedzinie życia. Ich zastosowanie na ogół wynika z przesłanek ekonomicznych, a w niektórych wypadkach jest jedynym możliwym rozwiązaniem technicznym. Wzrost produkcji tworzyw polimerowych powoduje dużą ilość ich odpadów. Duża część tych odpadów poddawana jest recyklingowi energetycznemu (spalanie), chemicznemu (piroliza, depolimeryzacja) i mechanicznemu (segregacja i powtórne przetwórstwo). Jednak znaczna ich ilość trafia na wysypiska. Z uwagi na długotrwały proces rozpadu zalegające odpady z tworzyw stanowią poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Problem dotyczy nie tylko akwenów, gdzie odpady polimerowe tworzą dryfujące wyspy śmieci, ale także plaż i wysypisk. Szczególnie dużym wyzwaniem są mikrocząstki tworzyw polimerowych (mikroplastik) obecne w środowisku, a także w żywności. 

TWORZYWA SZTUCZNE 

Tworzywa polimerowe są wytwarzane w procesie polimeryzacji addycyjnej (np. polietylen) lub kondensacyjnej (np. poliamid). Do ich produkcji stosuje się substancje pomocnicze, takie jak: pigmenty, plastyfikatory, stabilizatory, antyutleniacze i napełniacze, które mają wpływ na zmianę właściwości chemicznych i użytkowych danego materiału. Tworzywa polimerowe dzieli się na termoplastyczne, np. poliolefiny, poli(tereftalan etylenu), polistyren, poli(chlorek winylu), poliwęglan, poliamid, lub chemo- i termoutwardzalne (poliuretany, żywice epoksydowe). Termoplasty w podwyższonej temperaturze ulegają uplastycznieniu i mogą być przetwarzane różnymi metodami (wytłaczanie, wtryskiwanie, termoformowanie, kalandrowanie). Proces ten jest odwracalny, dlatego tworzywa termoplastyczne są stosunkowo łatwe w recyklingu. Natomiast tworzywa termoutwardzalne, ze względu na usieciowanie, są trudne w recyklingu.

W ostatnich latach duże zainteresowanie wzbudzają materiały (bio)degradowalne. Są to tworzywa otrzymywane z surowców odnawialnych lub petrochemicznych, ulegające rozkładowi pod wpływem działania światła, wody i/lub mikroorganizmów (bakterii). Niektóre z tych tworzyw (PLA) ulegają biodegradacji dopiero w temperaturze powyżej 50°C, w warunkach kompostowania przemysłowego, nie zaś w środowisku naturalnym. Inne zawierają w swoim składzie prooksydanty, które powodują defragmentację tworzywa, a nie jego biodegradację. Produkcja tego typu tworzyw została zakazana, ale nadal mogą znajdować się w środowisku i stanowić potencjalne źródło mikroplastiku. Są też polimery rozkładające się w środowisku wodnym, np. poli-(hydroksy maślan) (PHA).

Największym odbiorcą tworzyw polimerowych jest przemysł opakowaniowy (40%), następnie sektor budowlany (20%), branża motoryzacyjna (9%), gospodarstwa domowe (4%), przemysł rolniczy (3%) i inne branże (17%) ^[1]. Szczególnie duże ilości opakowań zużywa przemysł spożywczy i kosmetyczny. Prognozy przewidują, że ze względu na wzrost populacji na świecie oraz nawyki konsumpcyjne w 2025 r. produkcja tworzyw podwoi się, a w 2050 r. wzrośnie trzykrotnie ^[2]. Średnie zużycie opakowań na mieszkańca Unii Europejskiej wynosi ok. 180 kg, a w Polsce ok. 160 kg. Według szacunków ilość wytwarzanych w UE odpadów wynosi ok. 30 mld t/r i tylko 40% odpadów pochodzących z gospodarstw domowych poddawanych jest recyklingowi ^[1].

RODZAJE MIKROPALASTIKU

Termin „mikroplastik” został wprowadzony przez Thompsona i wsp. w 2004 ^[3] w raporcie o małych fragmentach plastiku w środowisku morskim.

W badaniach przeprowadzonych przez EFSA (European Food Safety Authority) przyjęto następującą definicję: mikroplastik (MP) to heterogeniczna mieszanina różnego kształtu materiałów w postaci fragmentów, włókien, elipsoid, granulek, śrutu, płatków o wielkości w zakresie od 0,1μm do 5 mm. Cząstki o mniejszej średnicy są zaliczane do nanoplastiku ^[4].

Ze względu na źródło pochodzenia wyróżnia się mikroplastik pierwotny i wtórny. Mikroplastik pierwotny to proszki i mikrogranulaty polimerowe wykorzystywane w przemyśle przetwórczym, drobiny produktów kosmetycznych (kremy, peelingi, żele do mycia, szampony, pasty do zębów itp.), składniki materiałów ściernych (środki czyszczące), włókna syntetyczne.     Drobiny mikroplastiku są wprowadzane w celu poprawy właściwości fizykochemicznych, np. gęstości, stabilności, właściwości ściernych. Mogą być również nośnikiem substancji zapachowych, środków nawilżających lub innych składników aktywnych. Mikroplastik wtórny powstaje w wyniku degradacji i fragmentacji tworzyw polimerowych. pod wpływem określonych czynników. Może też być wynikiem erozji mechanicznej (działanie wiatru, wody, piasku, żwiru, fal morskich) lub starzenia tworzywa polimerowego pod wpływem warunków atmosferycznych (temperatura, promieniowanie UV). Fragmentacja może być następstwem używania materiałów syntetycznych, np. ścieranie się ubrań, opon, obuwia. Mikrocząstki polimerowe mogą być również uwalniane podczas produkcji przedmiotów z tworzyw sztucznych. Mikroplastik wtórny stanowi ok. 70–80% mikroplastiku pływającego w morzach i oceanach.

MIKROPLASTIK W ŚRODOWISKU NATURALNYM

Mikrocząstki polimerowe różnią się właściwościami fizycznymi i chemicznymi (wielkość, skład, masa, gęstość, kształt, kolor). Właściwości te decydują o zachowaniu się mikroplastiku w środowisku naturalnym, np. migracji, tworzeniu dyspersji i jej stabilności, sorpcji zanieczyszczeń, zasiedlaniu przez mikroorganizmy oraz biodostępności i toksyczności.   Kształt drobin wpływa na ich wchłanianie przez organizmy. Formy kuliste są częściej zjadane niż włókna. Cząstki o nieregularnym kształcie mogą powodować różne reakcje biochemiczne i fizjologiczne w organizmach żywych. Są też odpowiedzialne za wchłanianie zaadsorbowanych na powierzchni zanieczyszczeń organicznych, np. fenantrenu, który może kumulować się w przewodzie pokarmowym skorupiaków ^[5]. Obecność mikrocząstek tworzyw polimerowych w pobliżu wybrzeży morskich wynika z procesów degradacji i fragmentacji materiałów polimerowych (pod wpływem promieniowania UV, działania fal morskich, piasku i żwiru, mikroorganizmów) oraz ich transportu przez wiatr i prądy wodne. Degradacja polimerów syntetycznych w środowisku jest zwykle inicjowana przez fotooksydację (promieniowanie UV) lub hydrolizę ^[6]. Eksperymenty z rozpadem polietylenu i polistyrenu wykazały szybszą degradację tworzywa pływającego na powierzchni niż zanurzonego w wodzie, co prawdopodobnie było związane ze zmniejszonym natężenia światła, a tym samym z mniejszą szybkością fotoutleniania ^[7]. Dlatego wiele tworzyw polimerowych może pozostawać w środowisku wodnym przez dziesiątki lub setki lat.

Około 80–85% odpadów na europejskich plażach stanowią tworzywa polimerowe, połowa z nich to artykuły jednorazowego użytku. Część odławianych ryb wykorzystywana jest do produkcji pasz dla zwierząt hodowlanych, co dodatkowo zwiększa obszar skażenia mikroplastikiem. Obecność mikroplastiku wykryto również w wielu produktach spożywczych, takich jak: piwo, woda pitna ^[8], miód, cukier ^[9], sól ^[10]. Poprzez łańcuchy pokarmowe mikroplastik może dostać się do organizmu człowieka. Długotrwałe narażenie na spożycie mikrocząstek polimeru, nawet przy małym stężeniu, stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi. Także w powietrzu, z drobinami kurzu unoszą się włókna mikroplastiku, które mogą przedostawać się do płuc lub osiadać na produktach spożywczych.

Mikroplastik powstający w gospodarstwie domowym (zużywanie się ubrań i przedmiotów z tworzyw polimerowych, używanie kosmetyków i chemii gospodarczej) poprzez kanalizację przedostaje się do rzek, a następnie do mórz i oceanów. Wraz z mikroplastikiem do środowiska naturalnego mogą uwalniać się obecne w tworzywach małocząsteczkowe substancje pomocnicze (plastyfikatory, barwniki, modyfikatory). W dalszym ciągu jest za mało badań potwierdzających ścisłą zależność pomiędzy mikroplastikiem a bezpieczeństwem żywności.
 

ANALIZA MIKROPLASTIKU

Aktualnie nie ma znormalizowanych metod analizy mikroplastiku w środowisku naturalnym w powietrzu, glebie, wodach.  Decyzja Delegowana Komisji (UE) 2024/1441 z dnia 11 marca 2024 r. ^[11] uzupełniająca dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2020/2184 ^[12] określa zasady pomiaru zawartości mikroplastiku w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Metodyka określa ogólne wytyczne oddzielania i zbierania mikroplastiku z próbek wody pitnej (filtrowanie kaskadowe) oraz zastosowania technik analitycznych do identyfikacji i ilościowej analizy mikroplastiku w pobranych próbkach. 

Polimery priorytetowe, które należy uwzględnić przy identyfikacji mikroplastików to: polietylen (PE); polipropylen (PP); politereftalan etylenu (PET); polistyren (PS); polichlorek winylu (PVC);( poliamid (PA); poliuretan (PU); polimetakrylan metylu (PMMA); politetrafluoroetylen (PTFE); poliwęglan (PC.).

Do identyfikacji mikrocząstek tworzyw polimerowych mają zastosowanie głównie techniki mikroskopowe (SEM), spektroskopowe (FTIR, spektrometria Ramana), termiczne (TGA, DSC) i chromatograficzne (GC, HPLC). Obiecujące wyniki uzyskano poprzez połączenie różnych technik pomiarowych, np. termograwimetrii z różnicową kalorymetrią skaningową (TGA-DSC), pirolizy z chromatografią gazową i spektrometrią mas (Py-GC-MS) oraz chromatografii gazowej z desorpcją termiczną i spektrometrią mas (TED-GC-MS). W analityce polimerów powszechnie stosowane są metody termiczne. Układ Py-GC-MS może dostarczyć informacji nie tylko o polimerze, ale także o zastosowanych środkach pomocniczych ^[13].  Metody spektroskopowe pozwalają na badanie struktury polimeru poprzez porównanie widm absorpcyjnych i emisyjnych z widmami referencyjnymi. Mikroskop sprzężony ze spektrometrem Ramana umożliwia identyfikację cząstek o średnicy od 1 do 20 μm, a w przypadku spektrofotometru FTIR cząstek o wielkości od 10 do 20 μm. Procedury analityczne wymagają jednak czystych próbek, gdyż zanieczyszczenia mogą zafałszować wynik pomiaru.

AKTY PRAWNE 

Unia Europejska widząc potrzebę sprostania wyzwaniom związanym z tworzywami polimerowymi, opracowała strategię gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ). GOZ jest koncepcją wg której produkty, materiały i surowce mają pozostawać w gospodarce tak długo, jak jest to możliwe. W komunikacie UE z dnia 16 stycznia 2018 r. komisja UE stwierdza, że strategia na rzecz gospodarki o obiegu zamkniętym, w całym cyklu życia generowania coraz większej ilości odpadów oraz na zapobieganiu przedostawaniu się ich do środowiska, głównie morskiego. Wg koncepcji GOZ na każdym etapie wytwarzania wyrobów z tworzyw (projektowanie, produkcja) powinny być uwzględnione możliwości ponownego ich użycia, naprawy lub recyklingu. Wytwarzane materiały powinny być zrównoważone, nietoksyczne i przeznaczone do wielokrotnego użycia.

Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2025/40 z dnia 19 grudnia 2024 r. w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych, zmiany rozporządzenia (UE) 2019/1020 i dyrektywy (UE) 2019/904 oraz uchylenia dyrektywy 94/62/WE kładzie nacisk na działania proekologiczne.^[14]

Projektowanie opakowań z myślą o poddaniu ich recyklingowi, gdy staną się odpadami opakowaniowymi, to jeden z najskuteczniejszych sposobów poprawy obiegu zamkniętego opakowań oraz podniesienia współczynników recyklingu opakowań i zwiększenia wykorzystania w opakowaniach materiału pochodzącego z recyklingu. Rozporządzenie zaleca zapobieganie powstawaniu odpadów opakowaniowych poprzez ich ponownego wykorzystanie poprzez recykling materiałowy, chemiczny i energetyczny lub biodegradację opakowań.

Państwa członkowskie muszą ograniczyć zużycie “lekkich toreb na zakupy”, które stanowią ogromny problem środowiskowy. Komisja Europejska zakłada, że do 2030 r. wszystkie opakowania z tworzyw będą nadawały się do recyklingu. Celem Państw członkowskich jest ograniczenie użycia wyrobów jednorazowych, przeznaczonych do użycia w krótkim czasie, które wyrzucane, zaśmiecają środowisko naturalne. Narzędziem mającym pomóc w ograniczeniu mikroplastiku w środowisku wodnym jest dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2020/2184 ^[12]. Głównym jej celem jest poprawa dostępności bezpiecznej wody pitnej. Jest ona odpowiedzią na rosnące obawy, jakie budzi wpływ na zdrowie ludzkie obecność w wodzie pitnej substancji zaburzających gospodarkę hormonalną takich jak farmaceutyki i mikroplastik.

W 2019 r. Europejska Agencja Chemikaliów ECHA opublikowała propozycję ograniczeń stosowania tworzyw polimerowych w produktach kosmetycznych, które mogą być potencjalnym źródłem mikroplastiku pierwotnego. Dokument ECHA zawiera listę 19 takich polimerów. Obecnie niektóre firmy kosmetyczne świadome zagrożeń, w trosce o dobro konsumenta, wyeliminowały znajdujące się na tej liście polimery ze składu swoich produktów.^[15]

Niezmiernie ważną inicjatywą państw członkowskich Unii Europejskiej jest Morska Dyrektywa Ramowa (MSFD), która wymaga monitorowania zanieczyszczeń w środowisku morskim. Dyrektywa ta ma na celu osiągnięcie „dobrego stanu środowiska” do 2028 r. W 2018 r. Komisja Europejska utworzyła mechanizm doradztwa naukowego (SAM), który wspierany przez konsorcjum SAPEA (Science Advice for Policy by European Academies) dostarcza danych dotyczących wpływu mikrozanieczyszczeń na środowisko naturalne i zdrowie człowieka. Wniosek wynikający z działalności tej grupy pokazuje, że w niektórych obszarach wód przybrzeżnych istnieje już zagrożenie ekologiczne. ^[16]

PODSUMOWANIE 

Zanieczyszczenie mikroplastikiem stanowi zagrożenie dla środowiska naturalnego. Badania wykazały obecność mikrocząstek plastiku w mikroorganizmach i produktach spożywczych. Prowadzone są intensywne badania wpływu mikroplastiku na zdrowie człowieka. Doskonalone są techniki monitorowania zanieczyszczeń, pobierania próbek oraz walidacji stosowanych metod analitycznych. Podejmowane są działania ograniczające ilość odpadów polimerowych w środowisku naturalnym oraz zwiększania świadomości wśród społeczeństw. 

Katarzyna Samsonowska, Alicja Kaszuba – Sieć Badawcza Łukasiewicz – Łódzki Instytut Technologiczny; katarzyna.samsonowska@lit.lukasiewicz.gov.pl