Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 329: Risikovurdering af skadelige plasttyper i havmiljøet

Fauser, P., Bach, L., Daugaard, A.E., Vollertsen, J., Murphy, F., Koski, M., Christensen, A., Andersen, T.J., Scott-Fordsmand, J. & Strand, J. 2019. Risk assessment of harmful types of plastics in the marine environment. Aarhus University, DCE – Danish Centre for Environment and Energy, 74 pp. Scientific Report No. 329. http://dce2.au.dk/pub/SR329.pdf 

Sammenfatning

I denne rapport præsenteres resultaterne af en risikovurdering af rester af additiver, monomerer og nedbrydningsprodukter, som forekommer i plastik (mikro)partikler i det marine miljø. Det er ikke en udtømmende risikovurdering af kemiske additiver men snarere et eksempel på en fremgangsmåde, hvor viden og data anvendes for rapporterede additiver, der er repræsentative for specifikke plastiktyper og produkter, der bliver anvendt i Danmark. Risikotilgangen belyser kæden fra plastfremstilling til effekter, via skæbnen i miljøet og optaget i organismerne. Risikovurderingen omfatter vandrammedirektivets prioriterede stoffer og visse andre forurenende stoffer.

Et pionerstudie om flokkulering af suspensioner, der både indeholder naturligt forekommende sediment og mikroplastik (MP) partikler blev udført som en del af projektet. Forsøgene viste betydelig flokkulering og ingen fraktionering af MP partiklerne sammenlignet med de øvrige suspenderede partikler. Resultaterne er lovende og peger på, at der er et behov for videre studier, der anvender en kombination af naturlige partikler og MP partikler i miljømæssigt relevante koncentrationer.

Projektet har bidraget til ny viden inden for sedimentering af partikler fra dolly ropes og betydningen af flokkulering af MP. Endvidere er modeller blevet videreudviklet, som kan indgå i det videre arbejde samt deles med forskere inden for området. Studierne har også bidraget til en øget forståelse af hvilke elementer af bio-coating, der med fordel kan undersøges fremover.

Forsøg er blevet udført til at undersøge effekten af potentielt skadelige MP partikler på kystnært zooplankton. Vandlopper blev eksponeret for stigende koncentrationer af nye og brugte dæk partikler samt fyld fra kunstgræs baner, der er lavet af brugte dæk. Disse blev formalet til partikelstørrelser svarende til zooplankton føde. Resultaterne vist ingen stigning i dødelighed eller fald i reproduktionskapacitet ved eller under 10 000 plastikpartikler per L, uanset plastik type, zooplankton art eller føde niveau. MP koncentrationer i danske kystnære områder er væsentligt lavere og korttids effekter skønnes derfor at være begrænsede.

Analytiske metoder er diskuteret og konklusionen er, at der stadig ikke er konsensus om, hvilke teknikker der skal anvendes til prøvetagning og analyse. På nuværende tidspunkt er µFTIR en af de mest anvendte metoder til at identificere MP præcist og hurtigt. Der bruges dog en række forskellige metoder afhængig af det tilgængelige udstyr, hvilket komplicerer en entydig sammenlignelig kvantificering af MP koncentrationer samt bestemmelse af polymer sammensætningen mellem områder og over tid. Følgelig er der et behov for at udvikle standardiserede metoder til monitering og også at identificere indikatorer til at definere MP effekter i miljøet.

Problemet vedrørende plastpartikler i nanostørrelse er diskuteret og endelig diskuteres hvilke data og hvilken viden der er nødvendig for at forbedre risikovurderingen af MP i det marine miljø.

Risikovurdering

repræsenterer de mest betydende eksponeringer af MP og tilknyttede kemikalier, og derfor også de cases der potentielt giver højest risiko for marine organismer. For hver af disse cases er der tillige identificeret produkttyper med signifikant frigivelse til det marine miljø:

  • Lav-densitet polyethylen (LDPE): Plastikposer, beholdere, flasker, rør og produkter til personlig hygiejne.
  • Styren butadien gummi (SBR): Bildæk.
  • Acrylat polymer (acryl, polyacrylater): Skibsmaling.
  • Polyvinyl chlorid (PVC): Kabler, ledninger, linoleumsgulve også på skibe.
  • Polyurethan (PUR) stift skum: Bygningsisolering, konstruktionsmaterialer.
  • Ekspanderet polystyren (EPS) skum: Bygningsisolering og emballage.
  • Polycarbonat (PC): Konstruktionsmaterialer. 

Talrige kemiske additiver tilsættes under fremstillingen af plastik, heriblandt funktionelle additiver som flammehæmmere, blødgørere og biocider. Andre additiver giver farve, fyld og styrke til plastikmaterialerne. Nogle additiver har været brugt historisk, men er nu forbudt. De kan dog stadig forefindes i ældre produkter og importerede produkter.

Det kan være svært, hvis ikke umuligt, at få de ønskede data på typer og mængder af additiver i plast. En af grundene er, at alle råmaterialer, der bliver brugt i Danmark, er importerede. En anden vigtig grund er konfidentialitet af data. Derudover forekommer de fleste additiver i små mængder <1-2 wt-% og derfor er det ikke et krav, at de er inkluderet i sikkerhedsdatablade for produkterne. I dette studie er data indhentet fra den videnskabelige litteratur, databaser, rapporter, diverse informationer på internettet samt ved kommunikation med plastindustrien.

Under plastfremstillingen genererer nogle typer plastik betydeligt indhold af ureagerede monomerer samt oligomerer. Nogle monomerer er klassificeret som skadelige. For de betragtede cases er estimeret følgende rest koncentrationer af monomerer: 0.1wt-% ethylen (LDPE); 0.1wt-% 1,3-butadien og 0.1wt-% styren (SBR); 0.01wt-% acrylsyre (acrylmaling); 0.000001wt-% vinyl chlorid (PVC); ingen rest monomerer (PUR); 0.5wt-% styren (EPS); 0.1wt-% bisphenol A (PC).

I en kontekst af MP er risiko ikke kun bestemt af koncentrationen og giftigheden af et kemikalie i miljøet. Risiko afhænger desuden af de specifikke karakteristika ved en MP partikel, der har været udsat for nedbrydning (weathering) i miljøet. I dette studie er der ikke set på giftigheden af selve polymer materialet, ligesom kemikalier der er sorberet fra det omgivende miljø (vektor effekten) heller ikke er betragtet. Risikovurderingen er for restmængder af additiver, monomerer samt nedbrydningsprodukter. Den anvendte metode følger fremgangsmåden beskrevet i European Chemicals Agency’s (ECHA) retningslinjer i Technical Guidance Document (TGD).

Risiko er beregnet for tre trofiske niveauer af marine organismer, dvs pelagisk zooplankton: vandloppe (Copepoda), benthopelagisk fisk: atlantisk torsk (Gadus morhua) og havfugl: mallemuk (Fulmarus glacialis). For vandlopper sker eksponeringen via det marine vand, for torsk via marint vand og fødeindtag og for mallemuk via fødeindtag som topprædator og ved direkte indtag af plastpartikler på havoverfladen. Eksponeringskoncentrationen, Predicted Exposure Concentrations (PEC), er bestemt af højest målte koncentrationer af MP i havvand samt fra målte og estimerede mikro- og makro plastmængder i organismernes mave/fordøjelsessystem:

  • PEC (MP i marint vand): 42 mgMP/m3
  • Torsk: 3.5 µgMP/kgbw/dag og 700 µgMP/kgføde
  • Mallemuk: 1 gplastik/kgbw/dag og 3430 µgplastik/kgføde. 

Som Predicted No-Effect Concentrations (PNEC) er anvendt nationalt fastsatte miljøkvalitetskrav (MKK) for andet overfladevand, i henhold til BEK nr 1625 af 19/12/2017, samt EU-fastsatte miljøkvalitetskrav for andet overfladevand, European Environmental Quality Standard (EQS) i henhold til Direktiv 2013/39/EU, for vandrammedirektivets prioriterede stoffer og visse andre forurenende stoffer. Herudover er der suppleret med værdier for EQS for fødeindtag (sekundær forgiftning) fra EU 2005 og 2011 dossierer, som danner grundlag for de europæiske EQS værdier for vandrammedirektivets prioriterede stoffer og visse andre stoffer. Når specifikke EQS værdier er tilgængelige for fødeindtag for fisk, anvendes disse for torsk, ellers anvendes MKK/EQS værdien for marint vand for pelagiske arter.

I erkendelsen af at data er begrænsede, er skæbne og eksponerings scenarier udformet, der beskriver de væsentligste processer og parametre med bedst mulige tilgængelige data. Maksimum målte og estimerede mængder af indtagne makro- og MP-partikler i mave/fordøjelsessystem i mallemuk og torsk er anvendt til bestemmelse af eksponering. Det antages, at de indtagne partikler består af én type plastik ad gangen. Mængden af resterende monomerer, additiver og nedbrydningsprodukter efter nedbrydning (weathering), svarende til partiklerne i organismernes mave, antages at være 10%. Opløsningsmidler og flygtige stoffer antages ikke at være tilstede. Endvidere antages det, at 10% af de resterende mængder er biotilgængelige.

I de valgte scenarier for skæbne-eksponering-optag er der således nogle antagelser, der kan beskrives som dækkende for de værst tænkelige udfald (worst-case), såsom antagelsen om at kun én type polymer udgør hele plast massen. Andre antagelser er tilpasset, så de sandsynligvis er mere realistiske, f.eks. den biotilgængelige fraktion.

17 af ca. 50 identificerede kemikalier har MKK eller EU-EQS værdier, og dermed estimerede PNEC, og indgår derfor i risikovurderingen. Da der antages additivitet af risiko for de enkelte kemikalier, er den samlede sum af risikokoefficienterne (RQ), beregnet som PEC/PNEC, derfor underestimeret. Omfanget af underestimeringen kendes dog ikke.

En potentiel risiko, dvs. RQ>1, er fundet for vandloppe og torsk for flammehæmmeren pentabromdiphenylether (PeBDE), der anvendes i PUR, og for biocidet tributyltin (TBT), der anvendes i PVC og PUR, samt for flammehæmmeren hexabromocyclododecan (HBCD), der anvendes i EPS. Den højeste estimerede RQ for mallemuk er på 0.1 for PeBDE, der anvendes i PUR.

Produktionen af PeBDE ophørte i 1997 i EU. Den mest forekommende anvendelse, svarende til 95-98% af produceret PeBDE siden 1999, har været i PUR, hvor PeBDE indholdet er mellem 10 og 18 wt-%. Anvendelsen af PeBDE blev forbudt i EU i 2004 gennem Council directive 2003/11/EC vedrørende restriktioner om markedsføring og anvendelse af visse farlige stoffer. Genanvendelse af produkter der indeholder disse stoffer, der er produceret før indførsel af forbuddet, kan ikke udelukkes.

TBT kan forekomme som urenheder i mono-og dibutyltin stabilisatorer i op til 1wt-%, men indholdet var frivilligt reguleret af industrien til at være ≤0.67 wt-% (som tin). Fra juli 2010 er nye produkter med >0.1wt-% (som tin) forbudt.

HBCD er listet i Stockholm Konventionens Anneks A, med en speciel undtagelse for produktion og anvendelse som flammehæmmer i EPS og XPS i bygninger indtil august 2017. Efter denne dato kan HBCD i EPS og XPS stadig forekomme i miljøet, og betydelige mængder af HBCD kan forekomme i genanvendt PS emballage.

Et andet kemikalie med en relativt højt estimeret RQ (0.1) for vandloppe og torsk er blødgøreren bis-(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP), der anvendes i PVC.

For de resterende additiver, dvs. metaller og organiske forbindelser, monomerer, og methylen dianilin (MDA), et nedbrydningsprodukt af methylen diphenyl diisocyanat (MDI), der anvendes i PUR, er de estimerede RQ for individuelle og summerede kemikalier alle under 0.08, hvilket indikerer en yderligere sikkerhedsmargin i forhold til de gængse konservative estimater præsenteret i denne rapport.

Den præsenterede risikovurdering for rester af tilsatte kemikalier og nedbrydningsprodukter i plast er et af de første skridt til at kortlægge de potentielle risici af MP i det marine miljø. En bedre forståelse og beskrivelse af processer for produktion, skæbne, optag og effekter er i høj grad nødvendig. Vigtige datamangler bør fortsat afdækkes. Anbefalinger til fremtidig arbejde er derfor listet i denne rapports afsluttende diskussionsafsnit.