Polyeteenin biohajotus maatalousmaassa
Vainio, Aleksi (2023)
Vainio, Aleksi
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304244258
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304244258
Tiivistelmä
Polyeteeni on maailman tuotetuin muovilaatu ja sitä päätyy ympäristöön merkittäviä määriä erityisesti jätevedenpuhdistamoiden kautta. Ympäristössä erityisen haitallisia ovat mikromuovit, jotka ovat halkaisijaltaan 100 nm – 5 mm. Mikromuovien pitoisuudet merissä ja vesistöissä ovat olleet tutkimusten sekä uutisten aiheena jo pitkään, mutta suuria määriä mikromuoveja päätyy myös maatalousmaahan.
Maatalousmaassa olevia polyeteenimikromuoveja on mahdollista hajottaa esimerkiksi termisillä tai kemiallisilla menetelmillä. Tässä tutkielmassa keskitytään bakteereilla tapahtuvaan polyeteenin biohajotukseen. Vaikka biohajotus vaikuttaa esimerkiksi ympäristöystävällisyyden kannalta hyvin lupaavalta menetelmältä, siinä on vielä useita kehityskohteita ennen kannattavaa laajan mittakaavan toteutusta. Tutkielmassa tarkastellaan, miten ja kuinka suuria määriä polyeteeniä päätyy maatalousmaahan. Lisäksi tarkastellaan polyeteenin ympäristövaikutuksia, erityisesti maatalousmaassa eläviin kasveihin ja eläimiin. Viimeisenä tarkastelukohteena on polyeteenin biohajotuksen käytännön toteutus maatalousmaassa sekä biohajotuksen mahdolliset tehostuskeinot.
Suurin osa maatalousmaahan päätyvästä polyeteenistä tulee jätevedenpuhdistamoilta, enimmäkseen lietteestä tehdyssä lannoitteessa ja vähemmissä määrin kasteluun käytetystä effluenttivedestä. Lannoitteiden mikromuovipitoisuutta ei rajoiteta lainsäädännöllä, joten tutkimuksissa polyeteeniä on havaittu 22–250 000 partikkelia kilogrammassa maatalousmaata. Koska polyeteeni hajoaa luonnossa hyvin hitaasti, nämä määrät tulevat kasvamaan, jos maatalousmaahan päätyvän polyeteenin määrää ei rajoiteta. Polyeteeni itsessään aiheuttaa enimmäkseen haavaumia eliöiden ruuansulatuskanavissa, mutta merkittävämpiä haittoja aiheuttavat polyeteenin lisäaineet sekä polyeteeniin tarttuneet ympäristömyrkyt. Esimerkiksi kromin ja polyeteenimikromuovien sekoitus aiheuttaa suurempi haittoja kuin kumpikaan aine itsestään.
Polyeteenin biohajotus on mahdollista ja useiden bakteerilajien on havaittu kykenevän käyttämään polyeteeniä hiilenlähteenä. Laboratoriotason tutkimuksista ei voida kuitenkaan tehdä lopullisia johtopäätöksiä, sillä maatalousmaassa biohajotus on selkeästi hitaampaa kuin optimoiduissa laboratorio-oloissa. Lämpötila on yksi merkittävä tekijä biologisten prosessien nopeudessa. Laboratoriossa (28 °C) biohajotus voi olla jopa seitsemän kertaa nopeampaa kuin maatalousmaassa (15 °C). Biohajotusta on siis tehostettava, jotta se olisi kannattavaa. Tähän on lukuisia keinoja, joista tässä tutkielmassa esitetään esimerkiksi nanopartikkelit, vetyperoksidi, palmitiinihappo sekä kupari. Vielä tarvitaan jatkotutkimuksia muista tehostuskeinoista, uusista biohajotukseen kykenevistä bakteerilajeista sekä biohajotukseen käytettävien bakteerien perimän muokkaamisesta.
Maatalousmaassa olevia polyeteenimikromuoveja on mahdollista hajottaa esimerkiksi termisillä tai kemiallisilla menetelmillä. Tässä tutkielmassa keskitytään bakteereilla tapahtuvaan polyeteenin biohajotukseen. Vaikka biohajotus vaikuttaa esimerkiksi ympäristöystävällisyyden kannalta hyvin lupaavalta menetelmältä, siinä on vielä useita kehityskohteita ennen kannattavaa laajan mittakaavan toteutusta. Tutkielmassa tarkastellaan, miten ja kuinka suuria määriä polyeteeniä päätyy maatalousmaahan. Lisäksi tarkastellaan polyeteenin ympäristövaikutuksia, erityisesti maatalousmaassa eläviin kasveihin ja eläimiin. Viimeisenä tarkastelukohteena on polyeteenin biohajotuksen käytännön toteutus maatalousmaassa sekä biohajotuksen mahdolliset tehostuskeinot.
Suurin osa maatalousmaahan päätyvästä polyeteenistä tulee jätevedenpuhdistamoilta, enimmäkseen lietteestä tehdyssä lannoitteessa ja vähemmissä määrin kasteluun käytetystä effluenttivedestä. Lannoitteiden mikromuovipitoisuutta ei rajoiteta lainsäädännöllä, joten tutkimuksissa polyeteeniä on havaittu 22–250 000 partikkelia kilogrammassa maatalousmaata. Koska polyeteeni hajoaa luonnossa hyvin hitaasti, nämä määrät tulevat kasvamaan, jos maatalousmaahan päätyvän polyeteenin määrää ei rajoiteta. Polyeteeni itsessään aiheuttaa enimmäkseen haavaumia eliöiden ruuansulatuskanavissa, mutta merkittävämpiä haittoja aiheuttavat polyeteenin lisäaineet sekä polyeteeniin tarttuneet ympäristömyrkyt. Esimerkiksi kromin ja polyeteenimikromuovien sekoitus aiheuttaa suurempi haittoja kuin kumpikaan aine itsestään.
Polyeteenin biohajotus on mahdollista ja useiden bakteerilajien on havaittu kykenevän käyttämään polyeteeniä hiilenlähteenä. Laboratoriotason tutkimuksista ei voida kuitenkaan tehdä lopullisia johtopäätöksiä, sillä maatalousmaassa biohajotus on selkeästi hitaampaa kuin optimoiduissa laboratorio-oloissa. Lämpötila on yksi merkittävä tekijä biologisten prosessien nopeudessa. Laboratoriossa (28 °C) biohajotus voi olla jopa seitsemän kertaa nopeampaa kuin maatalousmaassa (15 °C). Biohajotusta on siis tehostettava, jotta se olisi kannattavaa. Tähän on lukuisia keinoja, joista tässä tutkielmassa esitetään esimerkiksi nanopartikkelit, vetyperoksidi, palmitiinihappo sekä kupari. Vielä tarvitaan jatkotutkimuksia muista tehostuskeinoista, uusista biohajotukseen kykenevistä bakteerilajeista sekä biohajotukseen käytettävien bakteerien perimän muokkaamisesta.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]