Over plasticafval, of het nu om grote stukken zwerfvuil gaat dan wel microscopisch kleine partikels, heerst een brede consensus: het hoort niet thuis in de natuur, in onze leefomgeving of in onze voeding. De strijd tegen de plasticvervuiling begint echter bij adequate monitoring. Op het vlak van de detectie en karakterisering van micro- en nanoplastics loopt VITO voorop. ‘Voor de monitoring van de allerkleinste plasticdeeltjes willen we de komende jaren uitgroeien tot een internationale referentie.’
Eén van de analysemethodes die een sterke ontwikkeling kende de laatste jaren, is een speciaal type massaspectrometrie die ICP-MS wordt genoemd. Daarmee kan het gehalte aan opgeloste chemische elementen (deeltjes) in vloeibare samples worden bepaald, en dit tot zeer lage concentraties. De sprong vooruit in ICP-MS kwam er dankzij snellere uitleesmogelijkheden en een betere verwerking van meetdata. ‘Deze methode detecteert daardoor nu sneller dan één signaal per honderd microseconden, of een tienduizendste van een seconde’, zegt Kristof Tirez van VITO. ‘Dat is dus goed voor een duizendtal deeltjesidentificaties per minuut, en precies dat heb je nodig om alle kleine deeltjes in vloeibare monsters te kunnen detecteren.’
Meer argwaan voor plastic deeltjes
Met dit specifieke gebruik van ICP-MS, single-particle ICP-MS genaamd, ging een heel nieuw analytisch veld open, zeker nadat VITO een samenwerking had opgezet met het atomic & mass spectrometry-team van de UGent en vervolgens de grootte van ijzeroxide-nanodeeltjes (deeltjes kleiner dan honderd nanometer, ofwel honderd miljoensten van een millimeter), succesvol kon karakteriseren. Deze metallische nanodeeltjes werden gesynthetiseerd via het gasdiffusie-elektrokristallisatieproces (GDEx), een gepatenteerde technologie van VITO. De analytische inzichten die werden bekomen bij de groottebepaling van metallische nanodeeltjes via single-particle ICP-MS zorgde er vervolgens voor dat het team er als eerste in slaagde om hiermee ook de grootte van plasticdeeltjes te bepalen, en dit op micrometerschaal. In 2019 publiceerden ze hierover een eerste proof-of-conceptpaper, die toen de nodige media-aandacht kreeg gezien micro- en nanoplastics de laatste jaren steeds meer in het maatschappelijke vizier zijn beland. Plasticdeeltjes worden immers met steeds meer argwaan bekeken vanuit de maatschappij.
‘Plasticafval wordt steeds vaker aangetroffen daar waar het niet hoort te zijn’, zegt Milica Velimirovic van VITO. Dat we de plasticvervuiling van de natuur, van onze leefomgeving, maar ook van de voedselketen moeten tegengaan, daarover bestaat dan ook een brede consensus. ‘We denken hier bijvoorbeeld aan een ban op plastic microkorrels in verzorgingsproducten. Maar over de milieu- en gezondheidsrisico’s van plastics, en dan vooral van kleinere plasticdeeltjes zoals micro- en nanoplastics, is nog niet zo veel geweten.’ Dat komt doordat het onderzoek daarnaar eigenlijk nog in de kinderschoenen staat, iets wat in 2022 nog werd benadrukt in een rapport van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). Die schreef onder meer dat er nood is aan betrouwbare methoden voor de karakterisering en de kwantificering van de gezondheidsrisico’s gelinkt aan micro- en nanoplastics. Maar eerst en vooral is een adequate monitoring van plasticdeeltjes in de leefomgeving en elders vereist. De WHO vermeldt hieromtrent de behoefte aan standaard analysemethoden. ‘En daar komen wij met het analyselabo van VITO in het verhaal, met onze rol als Vlaams referentielaboratorium voor milieuanalyses en -metingen.’
Plasticdeeltjes worden vandaag al wel gemonitord, maar dit beperkt zich tot deeltjes groter dan pakweg tien micrometer. ‘Wij focussen op deeltjes met een omvang onder die grens’, zegt Velimirovic. ‘Dit zijn in het bijzonder plasticdeeltjes in het laag-micrometergebied (< 10 µm) en nanoplastics (< 1 µm).’ De chemische analytica kwam via een prestigieuze Marie Curie-onderzoeksbeurs bij VITO terecht. Vanuit haar expertise rond detectie en karakterisering van nanodeeltjes neemt ze sinds 2022 de taak op zich om specifiek hierrond een nieuw analytisch platform uit te bouwen. Het labo voor gespecialiseerde organische en anorganische analyse kan terugvallen op een uniek, uitgebreid en complementair instrumentarium voor zowel de detectie als de scheiding van deze kleine deeltjes.
De vervuilingsbronnen van micro- en nanoplastics zijn legio. Ze kunnen vrijkomen uit plasticafval (bijvoorbeeld zwerfvuil) dat onder invloed van de uv-straling van de zon degradeert, ze kunnen loskomen uit textiel wanneer dat gewassen wordt, uit verfstoffen wanneer die reageren met de omgeving … Bovendien is het zo dat kleinere plasticdeeltjes in veel hogere aantallen voorkomen in de omgeving dan grotere. Ook dat staat te lezen in het eerder aangehaalde WHO-rapport. Uit analyses van drinkwaterstalen bleek immers dat de concentratie van partikels van enkele micrometer groot (in aantal per liter) ettelijke grootteordes hoger ligt dan bij plasticdeeltjes van enkele honderden micrometer groot. ‘En het valt te verwachten dat die trend zich doorzet als we verder opschuiven naar het nanoniveau, naar nog kleinere deeltjes’, waarschuwt Tirez.
Size matters
Wetenschappers vrezen bovendien dat bij kleinere deeltjes ook de gezondheidsrisico’s groter zijn. Velimirovic: ‘Voor metallische nanodeeltjes is al bekend dat ze een groter werkzaam effect hebben.’ Kleinere deeltjes kunnen ook gemakkelijker doordringen in ons lichaam. Na inademing zullen de kleinste deeltjes het verst geraken, eventueel zelfs tot in de bloedbaan. Size matters dus, en dat is zeker zo bij de milieu- en gezondheidseffecten van plasticdeeltjes. Maar ook de blootstellingsroute kan een belangrijke rol spelen. ‘Het effect van micro- en nanoplastics wordt ook beïnvloed door de manier waarop ze in ons lichaam belanden. Ook hiernaar doen we bij VITO onderzoek.’ Dit gebeurt via specifieke onderzoekprojecten. In MS4Plastics wordt bijvoorbeeld naar plasticdeeltjes gespeurd in vis en zeevruchten. In een ander project, CE4Plastics genaamd, wordt ingezoomd op nanoplastics die vrijkomen uit plastic flessen.
Door de toenemende publieke bezorgdheid rond plasticvervuiling zullen overheden straks wellicht ook de verspreiding van kleinere microplastics (deeltjes kleiner dan tien micrometer) willen gaan monitoren. De eerste Europese en internationale standaardmethoden voor de monitoring van microplastics in water worden verwacht in 2024’, zegt Tirez. ‘De monitoring van nanoplastics zit nog in een vroegere onderzoeks- en ontwikkelingsfase. De voortgezette samenwerking met onze collega’s van de UGent dient om een dieper inzicht te verwerven in de analytische en instrumentele processen. Standaardmethoden voor de bepaling van nanoplastics worden hierdoor pas ten vroegste tegen het einde van het decennium verwacht.’
De strijd tegen de plasticvervuiling begint bij kennisvergaring, want meten is weten. Van daaruit kan dan worden bekeken hoe ook de verspreiding van micro- en nanoplastics in milieus en producten waarin ze niet thuishoren, zo veel mogelijk kan worden ingeperkt.
Maar we moeten ook op een andere manier met plastic leren omgaan, hoe we het produceren en gebruiken. ‘Plastics zijn als materiaal essentieel, daar kunnen we niet omheen. Maar we moeten ons wel veel meer bewust worden van de impact die ze kunnen hebben op milieu en gezondheid’, zegt Marzio Monagheddu van VITO. ‘Gelukkig zien we dat de betrokken sectoren en industriële organisaties hiermee bezig zijn. Hoewel ze natuurlijk in de eerste plaats rekening houden met de huidige regelgeving, kijken ze ook al jaren vooruit. En dit doen we eveneens bij VITO, want met onze unieke analysetechnologie werken ook wij heel toekomstgericht.’
