OVLIVŇUJE BIODEGRADACE P3HB KVALITU PŮDNÍ ORGANICKÉ HMOTY? CO NÁM MŮŽE PROZRADIT TERMOGRAVIMETRIE

Does P3HB biodegradation affect soil organic matter? What the termogravimetry can tell us

abstrakt

čeština

Úvod Současná produkce plastů přesahuje 390 milionů tun ročně [1]. Nevhodné nakládání s plastovým odpadem vede ke kontaminaci životního prostředí mikroplasty, které na sebe mohou sorbovat organické mikropolutanty (pesticidy, farmaceutika, polyaromatické uhlovodíky, …) a tím působit jako vektory těchto chemikálií [2]. Vystavení těmto chemikáliím může způsobit oxidativní stres a behaviorální změny u půdní fauny (žížaly, chvostoskoci) anebo může negativně ovlivnit strukturu a vlastnosti půdy (velikost půdních pórů, agregace půdních částic, desorpce půdní vody, …) [3–5]. Dále bylo zjištěno, že mikroplasty stojí za vyšší respirací půdy a tím zvyšují mikrobiální aktivitu, a i mineralizaci půdního uhlíku [6]. Na druhou stranu bylo pozorováno, že mikroplasty v půdě mohou zlepšit dostupnost půdních nutrientů pro rostliny [7]. Biodegradovatelné bioplasty (dále jen bioplasty) jsou v současnosti vyvíjeny jako zelená alternativa konvenčních plastů [8]. Bioplasty lze vyrábět z fosilních zdrojů (polybutylenadipáttereftalát [PBAT]) nebo z přírodních zdrojů, kde je kladen důraz na využívání obnovitelných zdrojů a odpadů (poly-3-hydroxybutyrát, [PHB]) [9]. Bioplasty jsou charakteristické schopností biodegradace, což je postupný rozklad až mineralizace na nízkomolekulární látky v přítomnosti mikroorganismů, které vyžadují ideální podmínky pro svůj život a metabolismus [10]. V reálném životním prostředí nejsou vždy všechny podmínky pro biodegradaci splněny z důvodu změn ročního období a výkyvů počasí. V případě, že některá z podmínek vhodných pro biodegradaci není splněna dochází k výraznému zpomalení až zastavení biodegradace, která vede ke vzniku mikroplastů tvořených bioplasty neboli mikrobioplasty [11]. Jestliže dojde ke vstupu těchto částic do půdy (například v zemědělství zaoráváním mulčovací fólie nebo aplikací coatovaných granulí bioplastem) může dojít k dočasnému nebo trvalému ovlivnění vlastností půdy [12]. V současné době cílí většina vědeckých studií na konvenční mikroplasty, přesto první studie ukazují, že mikrobioplasty mají podobný nebo i horší vliv na půdu jako konvenční mikroplasty [13]. Bylo již prokázáno, že sorpční kapacita mikrobioplastů PLA a PBAT je vyšší než u konvenčních mikroplastů, což může naznačit, že mikrobioplasty mohou sloužit v přírodě jako silnější vektory pro mikropolutanty [14, 15].

Introduction Current production of plastics exceeds 390 million tons per year [1]. Improper handling with plastic waste leads to contamination of the environment microplastics that on each other can sorb organic micropollutants (pesticides, pharmaceuticals, polyaromatic hydrocarbons, ...) and thereby act as vectors of these chemicals [2]. Exposure to these chemicals can cause oxidative stress and behavioral changes in soil fauna (earthworms, springtails) or can negatively affect the structure and properties of the soil (size of soil pores, aggregation of soil particles, desorption of soil water, ...) [3–5]. It was further found that microplastics are responsible for higher soil respiration and thus increase microbial activity and mineralization soil carbon [6]. On the other hand, it has been observed that microplastics in soil can improve availability of soil nutrients for plants [7]. Biodegradable bioplastics (hereafter referred to as bioplastics) are currently being developed as green an alternative to conventional plastics [8]. Bioplastics can be produced from fossil resources (polybutylene adipate terephthalate [PBAT]) or from natural sources where emphasis is placed on use of renewable resources and waste (poly-3-hydroxybutyrate, [PHB]) [9]. Bioplastics are characterized by the ability of biodegradation, which is a gradual decomposition to mineralization on low molecular weight substances in the presence of microorganisms that require ideal conditions for your life and metabolism [10]. In the real environment, not all conditions are always present for biodegradation met due to seasonal changes and weather fluctuations. In case that some of the conditions suitable for biodegradation are not met, a significant slowdown occurs until the stoppage of biodegradation, which leads to the formation of microplastics formed by bioplastics or microbioplastics [11]. If these particles enter the soil (for example in agriculture by plowing a mulch film or applying coated granules with bioplastic) can occur to temporarily or permanently affect soil properties [12]. Currently, most scientific studies target conventional microplastics, yet the first study show that microbioplasts have a similar or even worse effect on the soil than conventional ones microplastics [13]. It has already been shown that the sorption capacity of PLA and PBAT microplasts is higher than conventional microplastics, which may indicate that microbioplastics can serve in nature as stronger vectors for micropollutants [14, 15].

Bioplasty, biodegradace, termogravimetrie, půda

Bioplastics, biodegradation, thermogravimmetry, soil

FOJT, J.; PALUCHA, N; HOLÁTKO, J; HAMMERSCHMIEDT, T; KINTL, A; BRTNICKÝ, M.; ŘEZÁČOVÁ, V.; KUČERÍK, J.

31. 10. 2023

Česká společnost chemická

Brno

978-80-88307-16-7

Termoanalytický seminář 2023: sborník příspěvků

13

16

4

http://www.thermal-analysis.cz/TAS/Sborn%edk-TAS-2023.pdf