Wrocław: Ile mikroplastiku jest w wodzie, którą pijemy?

Mikroplastik, czyli mikroskopijne fragmenty plastiku, obecnie jest wykrywany praktycznie w każdym miejscu na Ziemi. Jego obecność stwierdzono nawet na dnie Rowu Mariańskiego i szczycie Mount Everest. Naukowcy szacują, że przeciętny człowiek z powietrzem może wdychać nawet 5 gramów tego typu odpadów w ciągu tygodnia. Niestety mikroplastik nie jest obojętny dla naszego zdrowia. Z badań wynika, że jego obecność w organizmie może wpływać m.in. na rozwój chorób związanych z układem krążenia czy nowotworów.

We Wrocławiu ruszył właśnie wspólny projekt Politechniki Wrocławskiej, wrocławskiego start-upu Techsy, MPWiK oraz Wód Polskich, którego celem jest opracowanie systemu do zbierania i przetwarzania danych dotyczących obecności mikroplastiku w wodzie. Projekt został dofinansowany w ramach grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju kwotą 13,7 mln zł.

Celem projektu jest przygotowanie rozwiązania, które pozwoli w czasie rzeczywistym kontrolować ilość mikroplastiku w różnego rodzaju wodach.

– Nasze rozwiązanie ma pozwolić na badania obecności mikroplastiku w sposób zautomatyzowany. Opracowane urządzenia będą same, na miejscu, analizować próbki wody i przesyłać od razu dane z wynikami, przez całą dobę, także w nocy i w dni wolne – opowiada prof. Justyna Rybak z Wydziału Inżynierii Środowiska. – Wykorzystanie takiego systemu monitoringu na większą skalę w przyszłości mogłoby pozwolić na prowadzenie stałej kontroli jakości wody pod kątem występowania mikroplastiku, podobnie jak dzisiaj monitorujemy – poprzez cały system stacji pomiarowych – na bieżąco jakość powietrza w kontekście zanieczyszczeń związanych z pyłami zawieszonymi, tlenkiem węgla czy benzenem – dodaje.

Obecnie wykrywanie mikroplastiku jest czasochłonne i dość wymagające. Proces utrudnia to, że mikroplastik potrafi przyjmować przeróżne kształty, a także może być wykonany z różnego rodzaju materiałów.

– Obecnie mikroplastik w wodzie identyfikuje się, korzystając z mikrospektroskopii optycznej w podczerwieni lub ramanowskiej, ewentualnie z wykorzystaniem metod termoanalitycznych. Takie analizy trwają od kilku do kilkunastu godzin. Konieczne jest pobranie próbki na miejscu, przewiezienie jej do laboratorium i tam przeprowadzenie badania przez wykwalifikowanego pracownika – opowiada dr Bartosz Krajnik z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej.

Autorzy wspólnego projektu chcą opracować rozwiązanie monitorujące ilość plastiku, które ma opierać się na systemie złożonym z zestawu tzw. hydrocyklonów (czyli urządzeń do poboru próbki wody i selekcji cząstek), układu mikrofluidycznego oraz pomp, układu spektroskopowego i odpowiednich zbiorników.

Najpierw hydrocyklony pobiorą wodę do badania i przygotują preparat, odrzucając z niego materiały biologiczne, czyli np. glony, fragmenty drobnych roślin i inną materię organiczną, która utrudniałaby analizę. Dalej próbka będzie już poddawana płukaniu, barwieniu i analizie. Naukowcy zamierzają bowiem opracować metody barwienia selektywnego, które ułatwią identyfikowanie mikroplastiku. Chodzi o to, by wybrać taki barwnik, który będzie „zaznaczał kolorem” wszystkie polimery albo np. konkretne ich rodzaje – sprawiając, że będą nie do przeoczenia w próbce, a do tego będzie to robił szybko. Następnie system przeanalizuje wodę, wykorzystując proste techniki spektroskopii optycznej.

– Naszym zadaniem będzie opisanie „markerów optycznych”, czyli tych wskaźników, jakie pozyskamy na podstawie danych z badań spektroskopowych, które będą mówiły nam, że w próbce występuje mikroplastik – tłumaczy dr Krajnik. – Spektroskopia absorpcyjna czy emisyjna nie jest tak czuła jak ramanowska, dlatego będziemy testować, jakie cechy widmowe powinniśmy obserwować oraz modyfikować drogę optyczną tak, żeby uzyskać jak najwięcej danych. Będziemy też testować wykorzystanie luminescencji, która wydaje się najlepszą metodą w kontekście barwienia mikroplastiku, i próbować znaleźć różne strategie jej wzbudzania – wyjaśnia.

Prace nad systemem mają zająć około trzy lata.

– Musimy nie tylko opracować niezawodne metody szybkiego wykrywania mikroplastików na bieżąco i przy wykorzystaniu połączenia nowych sposobów analiz, co samo w sobie jest ambitnym zadaniem. Konieczne jest także połączenie ich w jeden system, czyli np. dopasowanie prędkości przepływów wody. W hydrocyklonach będzie się ona przemieszczać z prędkością 1 litra na sekundę, z kolei układ mikrofluidyczny wymaga dostarczenia próbek z prędkością 10 mikrolitrów na sekundę. Choćby tylko z tych powodów przygotowanie takiego systemu wiąże się z miesiącami pracy kilku zespołów specjalistów. A to tylko jeden z aspektów wymagających opracowania szczegółów – zapowiada Piotr Kunicki ze spółki Techsy, która jest liderem przedsięwzięcia.

Gotowy system będzie można instalować np. w wodzie płynącej w rzekach, ciekach powierzchniowych, sieciach wodociągowych czy na ujściach z oczyszczalni ścieków, co pozwoli na bieżącą ocenę poziomu zanieczyszczenia bezpośrednio w miejscu poboru. Będzie mógł także zostać zaadaptowany do zastosowań w zakładach produkcyjnych branży spożywczej, w których woda stanowi składnik produktów.