Kvantifisering av mikroplastproduksjon langs E18 Tvedestrand-Arendal

Abstract

Omgivelsene rundt vegbaner har lenge blitt forurenset av partikler og giftstoffer fra vegtrafikken. I de senere år har fokus på makro- og mikroplastforurensning i naturen økt, herunder opptreden av mikroplast fra gummi i bildekk, polymermodifisert bitumen (PMB) fra asfalt og vegstøv fra vegoppmerking. Det er et behov for mer kunnskap om hvor stort mikroplastutslippet er over en gitt tid og strekning. I dag eksisterer det ingen standardiserte metoder for kvantifisering av mengde mikroplast med opphav fra vegtrafikken. En annen utfordring er valg av område for prøvetakning. I denne masteroppgaven skal det dermed forskes på hvor langs vegbanen prøvetakning bør utføres, og med hvilke metoder mengden mikroplast kan kvantifiseres fra de ulike prøvene.

For å svare på forskningsspørsmålene, ble det gjennomført feltmåling under tunnelrengjøring i to rensebasseng ved Torsbuåsen tunnel og Fløyheia tunnel i Agder samt av snø og masser fra vegkanten og grøften ved tunnelene. Det ble også etablert ligninger for å estimere den totale utslippsmengden av mikroplast fra vegtrafikk. I Fløyheia tunnel ble prøvetakning utført både av vaskevannet og feiestøvet, mens i Torsbuåsen tunnel ble det kun samlet inn vaskevann. Fem prøver ble sendt til analyse hos Eurofins i Bergen for å identifisere mengden av mikroplast.

Ved bruk av ligninger for å estimere den totale utslippsmengden av mikroplast fra vegtrafikk, ble det etablert et sammenligningsgrunnlag med bakgrunn i resultatene fra analysen basert på prøvetakning. Estimat 1 inkluderer eksisterende data om kjørte km i Norge og total utslippsmengde av mikroplast fra vegtrafikk. Fra ligningen ble det i Torsbuåsen tunnel estimert et utslipp på 1,61 kg/døgn/km, mens utslippet i Fløyheia tunnel ble beregnet til 1 kg/døgn/km. I vegens sideareal ble estimert utslippsmengde kalkulert til 1 kg/døgn/km. Estimat 2 er beregning av det totale utslippet av mikroplast ved å summere utslippsmengdene fra bildekkslitasje og PMB fra asfaltslitasje. Utslippsmengdene ble gjennom estimat 2 beregnet til 2,58 kg/døgn/km i Torsbuåsen tunnel; 1,78 kg/døgn/km i Fløyheia tunnel og 1,78 kg/døgn/km utenfor vegbanen.

Resultatene fra analysen varierte avhengig av prøvelokalitetene. I vaskevannet fra begge tunnelene var konsentrasjonen av mikroplast svært lav, med et utslipp på 9,1 ∙ 10-8 kg/døgn/km i Torsbuåsen tunnel og 1,98 ∙ 10-8 kg/døgn/km i Fløyheia tunnel. Utslippsmengden i feiestøvet i Fløyheia tunnel var på 0,00494 kg/døgn/km. Langs vegbanen ble det observert et høyere utslipp i vegkanten sammenlignet med grøften, med mengder på henholdsvis 2,22 ∙ 10-7 kg/døgn/km og 1,79 ∙ 10-7 kg/døgn/km. Av polymere som ble identifisert fantes den største mengden av gummipartikler i vegkanten, mens i grøften var det flest polymere som hovedsakelig stammet fra bitumen i asfaltdekket. Mengden av mikroplast avtok proporsjonalt med avstanden til vegbanen.

Ved å sammenligne utslippsmengder identifisert ved å benytte ligninger for estimering av mikroplast og målte verdier gjennom feltmålinger, fremkommer det at mengdene fra estimatene er langt høyere enn verdiene fra analysen. Den reelle utslippsmengden er med andre ord vurdert til å være lavere enn estimatene og høyere enn de målte verdiene fra analysen. Ulike årsaker til over- og underestimeringen ved bruk av metodene ble identifisert og vurdert.

Resultatene fra analysen ble videre benyttet til å foreslå forslag til tiltak for hvordan mikroplast kan tas hensyn til både når det gjelder E18 Tvedestrand-Arendal og ved fremtidige vegprosjekter andre steder. Flere tiltak er beskrevet, men ut fra hvor de største mengdene av mikroplastpartikler ble identifisert, anbefales det et større fokus på feiestøvet som samles opp under tunnelvasking av feiebilen samt partikler som akkumuleres langs vegbanen. Prosessen kan gjennomføres for eksempel ved å rense massene før deponering, eller utføre stikkprøver av oppsamlede masser ved jevne mellomrom. Derigjennom kan tiltak utformes for å sikre at så lave mengder med mikroplastpartikler som mulig tilflyter naturen og miljøet som sådan.

Roadway surroundings have for a long time been polluted by particles and toxins as an effect of road traffic. In recent years, the focus on macro- and microplastics pollution in the environment has increased, including the occurrence of microplastics in wear from tires, modified bitumen in pavements and road dust from road marking. There is a need for more knowledge on how significant the emission of microplastics is over a given distance. Today there are no standardized methods for quantifying the amount of microplastics that originates from road traffic. Another challenge is to choose where to perform the sampling. In this master thesis, research will be conducted on where sampling should be carried out along the road and by what methods the quantification of the particles should be done.

To answer the research questions, fieldwork was performed in two cleaning pools at the Torsbuåsen tunnel and the Fløyheia tunnel in the county of Agder during a tunnel wash, as well as snow and masses from the roadside and a ditch at the tunnels. Equations were also established to estimate the total amount of microplastics in the emission from road traffic. At the Fløyheia tunnel, samples were collected from both the washing water and the masses from the collected dust, while at the Torsbuåsen tunnel samples were only taken of the wash water. Five samples were sent to Eurofins Bergen to identify the amount of microplastics.

By using equations to estimate the amount of microplastics emission from road traffic, a comparative basis for the results of the analysis was established. Estimate 1 includes existing data on kilometers traveled in Norway, as well as the total amount of microplastic emissions from road traffic. From the equation, an emission of 1,61 kg/day/km was estimated in the Torsbuåsen tunnel, while the emission in the Fløyheia tunnel was estimated at 1 kg/day/km. The estimated amount of emission from the roadside was calculated to 1 kg/day/km. Estimate 2 includes the total emission by aggregating the emission amounts from wear from tires and PMB from wear from asphalt. By using estimate 2, the amounts were calculated at 2,58 kg/day/km at the Torsbuåsen tunnel; 1,78 kg/day/km at the Fløyheia tunnel and 1,78 kg/day/km at the roadside.

The results of the analysis varied depending on the sample locations. In the wash water in both tunnels, the concentration of microplastics was low, with an emission of 9,1 ∙ 10-8 kg/day/km in the Torsbuåsen tunnel and 1,98 ∙ 10-8 kg/day/km in the Fløyheia tunnel. The amount of emissions in the sweeping dust from the Fløyheia tunnel was 0,00494 kg/day/km. Higher emissions were observed on the roadside compared to the ditch, with quantities of 2,22 ∙ 10-7 kg/day/km and 1,79 ∙ 10-7 kg/day/km respectively. Of the polymers identified from the samples, the largest amount of rubber particles was found on the roadside while most of the polymers in the ditch consisted of PMB from the asphalt pavement. The amount of microplastics decreased proportionally with the distance of the road.

By comparing the emission amounts identified by using equations for estimating microplastics and measured values through the analysis, it emerges that the quantities from the estimates are far higher than the values from the analysis. In other words, the real amount of emissions is considered to be lower than the estimates and higher than the measured values from the analysis. Various cases of over- and underestimation from using the methods above were identified and assessed.

The results of the analysis were also used to establish proposals for measures about how microplastics can be considered both in the case of E18 Tvedestrand-Arendal and in future road projects. Several measures have been described but based on where the largest quantities of microplastic particles were identified, a greater focus is recommended on the sweeping dust that is collected during tunnel washing as well as particles that accumulate along the roadway. The process can be carried out by for example cleaning the masses of dust and particles before deposition or by doing a sample of the masses at regular intervals. Thereby measures can be designed to ensure low amounts of microplastic particles in the nature.