Evaluating the fate, effects and mitigation measures for microplastic fibre pollution in aquatic environments

MICROFIBRE-prosjektet har undersøkt skjebnen og effektene av mikrofibre (MF) i miljøet. Søkelyset har vært på inntak og effekter av MF på ulike arter i ferskvann og sjøvann fra tempererte til arktiske forhold. Syntetiske MF (akryl, PAN; nylon, PA; polyester, PES) har blitt sammenlignet med MF fra ull (naturlig referanse). Skjebnestudier Nedbrytning: Effekten av UV-degradering (simulert sollys) avhenger av polymertype. PA, PES og ull MF viste endringer i overflatestruktur etter 14 dager eksponering og fragmentering etter < 2 uker (PES), < 2 måneder (ull) og < 5 måneder (PA). PAN MF var intakte etter 10 måneder. Degraderingseffekten var lik i ferskvann og sjøvann. En rekke nedbrytningsprodukter av PES ble observert etter eksponering. Fysisk 'skrubbing' av MF i sand viste ingen visuelle effekter i løpet av 9 måneder. Langtidshydrolyse i samspill med fysisk påvirkning på PES i fersk- og sjøvann i opptil 24 måneder ved 55, 65 and 75 °C ble studert: ingen vesentlige fysiske endringer ble observert, og dannelsen av nedbrytningsprodukter var i begrenset omfang. Dette viser at uten UV-eksponering er PES MF svært stabile i miljøet. Degradert referansemateriale: En metode basert på alkalisk hydrolyse av PES MF ble utviklet for å produsere reproduserbare og kontrollerte referansematerialer. Degraderingen bestemmes ved analyser av degraderingsprodukter og beskrives ved visuelle endringer i overflaten observert ved elektronmikroskopianalyser. Synkehastighet: Synkehastigheten av ulike MF ble studert ved hjelp av en ny metode basert på silhuettkamera for måling av fibrenes individuelle hastighet. Det var liten forskjell i synkehastighet mellom de ulike polymere, lengder (60 µm og 3 mm), sammensetning og salinitet. Assosierte kjemikalier: Over 16 000 kjemiske forbindelser som representerer tilsetningsstoffer, produksjonskjemikalier og degreaderingsprodukter ble identifisert i PES, PA, PAN og ull MF. UV-stabilisatorer (bisfenoler og benzofenoner) ble funnet i alle MF, og lakk også ut i vann under eksponering. Selv om disse raskt brytes ned under UV-stråling, er det andre kjemikalier fra MF som kan være mer persistente i miljøet. Interaksjonen mellom MF og organiske miljøgifter ble også undersøkt. Ull viste seg å binde miljøgifter i større grad enn syntetiske MF, hvor bindingskapasiteten var i ordenen PA>PES>>PAN. Opptak- og effektstudier Marine alger: Effekter av PES, PA og ull MF (60 µm og 3 mm) samt kjemikalier som lekker ut av disse ble studert for Isochrysis galbana. Nedgang i populasjonsstørrelse relaterte både til polymertype og fiberlengde. Høye MF-konsentrasjoner førte til endringer i vekst, mens kjemikalier fra PES ga økt biomasseproduksjon. Kjemikalier fra MF påvirket ikke den fotosyntetiske effektiviteten, men endret sammensetningen av karbohydrater; fra glukoselignende til celluloselignende forbindelser. Marint zooplankton: Calanus finmarchicus (hoppekreps) ble eksponert for 60, 100, 300, 1000 og 3000 µm PAN MF. Det viste seg at yngre individer foretrakk MF < 60 µm, mens voksne individer konsumerte MF opp til 85 µm. Større mengder PES enn PA og ull MF ble spist. Alle MF ble skilt ut, og det var ingen tegn til opphopning av fiber i dyrene. Selektivt opptak av syntetisk MP reduserte inntaket av alger i en doseavhengig trend, med alvorlig effekt på lipidakkumuleringen. PES-eksponerte hoppekreps hadde sen utvikling og økt dødelighet, mens voksne individer viste ingen begrensing i ekskresjonen av MF, antall MF per pellets ekskrement var PES>PA>ull. Pellet fra hoppekreps eksponert for syntetiske MP var lengre og hadde endret form sammenlignet med kontroller og hoppekreps eksponert til ull. For begge arter er inntaksraten = ekskresjonsrate. Ferskvann zooplankton: Toksisiteten av ulike polymere (PS, PA og PES) og form (perler, fibre, fragment) var studert ved hjelp av en Daphnia magna reproduksjonstest. Preliminære resultater tyder på at fragmenter anslår en høyere reproduktiv toksisitet enn fibre av samme polymer, mens en slik forskjell er ikke observert mellom PA og PES MF. Skadebegrensende tiltak MICROFIBRE-prosjektet har studert hvilke garn- og tekstilegenskaper som påvirker mengden MF som slippes ut fra husholdningsvaskemaskiner. Et filtersystem for å samle opp MF fra utløpsvann ble installert hos et kommersielt vaskeri (Clean Oslo). SINTEF har også bidratt til en bransjeavtale for utvikling av harmoniserte testmetoder for utslipp av MF under vask av tekstiler. Tre seminar har blitt arrangert (juni 2018, juni 2019 og september 2020). Seminar 1 fokuserte på en felles forståelse for hvilke prosesser og parametere som forårsaker og påvirker utslipp av MF til miljøet. Seminar 2 benyttet "Fuzzy Cognitive Mapping" og scenarioutvikling for å identifisere nye forskningsbehov, løsninger og reguleringsmuligheter for MF-forurensing. Seminar 3 kartla målrettede fokusområder for tiltak som kan begrense MF-utslipp til miljøet.

MICROFIBRE has developed novel methods, including an internationally recognised standard, that are already being adopted by the research community, as well as novel partially degraded microfibre (MF) reference materials. Results from MICROFIBRE have been communicated to and taken up by organisations including the International Council for Exploration of the Seas, the EU MSFD WGML, the Norwegian Environment Agency, the Arctic Monitoring and Assessment Programme and the OECD. In the longer term, knowledge from MICROFIBRE will contribute to the development of new practices and policy related to MFs and microplastic. Importantly, the strong involvement of a range of clothing producers throughout the project has ensured that the knowledge from MICROFIBRE is being used directly to try and mitigate MF release through changes in textile production. In addition, filtration technologies developed within the project have been implemented at a commercial laundry company to reduce MF emissions.

The MICROFIBRE project will investigate the uptake and impact of microplastic fibres (MPFs), develop and apply laboratory methods for simulating environmental MPF degradation, and establish a decision support framework for polymer material selection with low environmental impacts. To reflect the ubiquitous nature of MPF pollution, the project will focus on freshwater, temperate marine and polar marine ecosystems. The fate and effects of MPFs will be studied using environmental conditions and species representing these ecosystems, including species from different trophic levels and a broad range of acute and sublethal endpoints. MICROFIBRE will bridge the current gap between laboratory assessment using commercially available feedstock plastic materials and the degraded plastic materials that dominate aquatic environments. Degraded MPFs will be generated using simulated UV and physical weathering of pristine reference materials in the laboratory. The role of degradation on the adsorption of persistent organic pollutants to MPFs and the implications for subsequent toxicity will also be investigated. To help identify potential mitigation measures, factors influencing the release of MPFs from synthetic clothing during washing will be studied. The project design aims to provide a basis for conducting comparisons between species, effects, ecosystems and MP degradation, with the goal of establishing a framework for enabling stakeholders (e.g. industry, consumers and regulators) to make informed material selections with low environmental impacts. The project brings together three of the key actors and stakeholders (research, industry and NGOs) in addressing and understanding the implications of microplastic fibre (MPF) emissions to inland and marine waters. By bringing together such a broad stakeholder group, MICROFIBRE represents a unique opportunity to go beyond fundamental research and apply the knowledge generated to initiating the first steps in mitigating the problem.