Twintig 3D-geprinte schijven, slechts 3,9 centimeter breed en één millimeter dik, verwijderden in een laboratoriumtest 90% van de microplastics uit water. Het filter dat is ontwikkeld aan de Universiteit van Waterloo in Canada werkt op basis van de zwaartekracht en maakt gebruik van een vrij eenvoudige combinatie: een oppervlak vol kleine poriën en een kleeflaag die ervoor zorgt dat de deeltjes aan elkaar blijven plakken als het water erdoorheen stroomt.
Die 90% behoort echter tot een zeer nauwkeurige test. In de studie gepubliceerd op Scheidings- en zuiveringstechnologiewerkten onderzoekers Ethan Crawford en Tizazu Mekonnen met 100 milliliter water dat gemalen polystyreen bevatte, in een concentratie van 100 delen per miljoen. Vezels die vrijkomen uit kleding tijdens het echte wasgoed, met verschillende vormen, materialen, wasmiddelen en stromingsomstandigheden, moeten nog steeds door het filter gaan. En het is waarschijnlijk de meest interessante test om te doen.
Van gladde schijf tot 90%
Het filter gaat uit van PLA, het polymelkzuur dat veel wordt gebruikt bij 3D-printen. Elke schijf heeft een raster van vierkante gaten van één millimeter; Door stukken met verspringende openingen te overlappen, wordt water in een minder direct pad gedwongen en wordt de kans vergroot dat een deeltje het oppervlak tegenkomt. Op zichzelf doet het gedrukte stuk echter weinig. In een configuratie met acht schijven verwijderde het gladde oppervlak slechts 16% van de microplastics.
Crawford en Mekonnen mengden vervolgens polyethyleenglycol, of PEG, door het PLA, dat na het printen moet verdwijnen. De schijven worden drie keer achter elkaar een uur in kokend water ondergedompeld: het blootgestelde PEG smelt en laat een onregelmatig oppervlak achter, doorkruist door micro- en nanometrische poriën. Met deze aanpassing stijgt het rendement, wederom met acht schijven, naar 37%.
Er ontbrak nog iets om te voorkomen dat de deeltjes het filter zouden raken en met het water zouden verdwijnen. De onderzoekers testten twee drukgevoelige lijmcoatings: polydopamine en poly(2-ethylhexylacrylaat), P2EHA. De tweede presteerde beter, waardoor de verwijdering op 51% kwam.
Toen begonnen ze de kolom te verlengen: 12, 16 en uiteindelijk 20 schijven. Met twintig poreuze elementen gecoat met P2EHA bereiken we de bekende 90%. Het getal behoort dus niet tot één enkele wonderschijf: er is een stapel filters voor nodig en het water moet onderweg voldoende oppervlakte tegenkomen. Het proefschrift van Ethan Crawford aan de Universiteit van Waterloo laat ook zien hoe deeltjesgrootte ertoe doet.
De kleinere blijven wegrennen
@universiteit van Waterloo
Vóór filtratie was ongeveer 90% van de geanalyseerde deeltjes kleiner dan 20 micrometer en 43% kleiner dan zes. Na passage door het systeem was 80% van de deeltjes die in het water achterbleven kleiner dan 10 micrometer. Geen van de na filtratie waargenomen deeltjes was echter groter dan 50 micrometer. Het filter werkt veel beter als het plastic groot genoeg is om tegen het oppervlak te stoten en aan de voering te blijven plakken. De kleinste deeltjes wegen heel weinig, worden door de stroming meegevoerd en kunnen door de kolom passeren zonder voldoende lijmmateriaal tegen te komen.
Dezelfde auteurs wijzen op twee andere beperkingen. Tween 20, een oppervlakteactieve stof die werd toegevoegd om de polystyreendeeltjes verspreid te houden, was aanwezig in de tests, wat mogelijk de interacties tussen het plastic, het filter en de coating heeft veranderd. Bovendien zijn noch de maximale hoeveelheid microplastics die het systeem kan accumuleren, noch de efficiëntie ervan na meervoudig gebruik bepaald. Dit zijn doorslaggevende vragen als je van een laboratoriumzuil naar iets wilt gaan dat elke dag onder een gootsteen of naast een wasmachine kan werken.
De wasmachinetest
De wasverbinding komt rechtstreeks van de onderzoekers. In feite geven ze in het wetenschappelijke werk als een van de volgende stappen de tests op echt afvalwater van wasmachines aan, veel dichter bij de omstandigheden waarin een soortgelijk filter zou kunnen worden gebruikt. De Universiteit van Waterloo noemt ook huishoudelijke systemen en industriële waterbehandeling als mogelijke toekomstige toepassingen.
Hier verandert het vast te leggen materiaal veel. Bij de Canadese test worden stukjes piepschuim gebruikt; Bij een lading wasgoed kunnen vooral uitgerekte microvezels van polyester en andere synthetische materialen vrijkomen, samen met wasmiddelen, textielresten en vuil.
De omvang van het probleem is verre van klein. Volgens het Europees Milieuagentschap bereikt in Europa jaarlijks ongeveer 13.000 ton textielmicrovezels het oppervlaktewater, wat overeenkomt met ongeveer 25 gram per persoon en 8% van de primaire uitstoot van microplastics in water.
Filters toegepast op wasmachines kunnen de uitstoot van microvezels al sterk verminderen, terwijl de meest geavanceerde afvalwaterzuiveringen nog hogere percentages bereiken. Een deel van het opgevangen plastic komt echter in rioolslib terecht en de kleinste deeltjes blijven het lastigst te stoppen.
De in Waterloo verkregen 90% moet dan ook worden gelezen voor wat het is: een veelbelovend laboratoriumresultaat op een specifieke polystyreensuspensie. Het interessante deel komt nu. Het project zal dat aantal, of iets dat daar dichtbij komt, moeten behouden tegenover echte vezels, zeep, wasprogramma’s en filters die na honderd milliliter water niet vervangen kunnen worden.
Vanuit dit oogpunt zal de wasmachine een iets minder meegaande rechter zijn dan het laboratorium.
