A comparison of the chemical toxicity of recycled versus pristine plastics using Daphnia magna

Abstract

Dersom verdens produksjon og bruk av plast fortsetter som den er i dag, vil den totale produksjonen nå 1,1 millioner tonn innen år 2050. Den enorme plastforurensningen i miljøet har i det siste fått stor politisk oppmerksomhet. For å redusere mengden plastavfall som ender i naturen, er en av hovedløsningene å resirkulere plasten. EU har som mål at all plast skal være resirkulerbar innen år 2050. Sett fra et sirkulært perspektiv, så ser resirkulering ut til å være en god løsning på plastforurensningen, som dog er vidt akseptert i samfunnet. Likevel så er det noen utfordringer rundt resirkulering av plast som enda ikke er løst. Vi vet at plastavfall finner veien til naturen, uansett om det er resirkulert eller ikke. Vi vet også at plastavfall lekker kjemikalier til de nærliggende omgivelsene der de befinner seg, hvor de kan være giftige. I senere tid er det også funnet ut at resirkulert plast som regel har et høyere nivå av kjemikalier grunnet forurensning gjennom plastens livsløp. I denne studien har vi undersøkt og sammenlignet giftigheten av kjemikalieekstrakt fra nye og resirkulerte LDPE plastposer (med og uten tilsatt farge), der noen av plastposene ble kunstig fotodegradert i 14 dager i et UVC-kammer, ved å bruke modellorganismen Daphnia magna. D. magna er en nøkkelorganisme i ferskvann. Det kjemiske innholdet i plastposene ble undersøkt med og uten UVC-eksponering, som viste et høyere innhold av kjemikalier i de resirkulerte posene, etter UVC-eksponeringen. Giftigheten ble undersøkt ved å gjennomføre 22 dagers kronisk eksponering av D. magna av kjemikalieekstrakt laget av LDPE plastposene. Fra denne ble en betydelig reduksjon i overlevelse og reproduksjon funnet ved eksponering av kjemikalieekstrakt fra begge de resirkulerte plastposene, etter UVC-eksponering. Resultatene av denne studien viser en trend der økt kjemikalieinnhold ser ut til å gi økt giftighet. Denne studien bidrar til en bredere forståelse av giftigheten av plastkjemikalier i resirkulert plast, og viktigheten av å ta i betraktning degradering av plast når man undersøker giftigheten av plastkjemikalier.

The global production and use of plastic are increasing and, in a business-as-usual scenario, predicted to reach 1.1 million tonnes (Mt) by 2050. The enormous plastic pollution of the environment has become subject to elevated political awareness. One of the main solutions to reduce plastic waste in the environment is to recycle plastic materials – whereas the EU aims to have all plastics recyclable by 2050. From a circular economy perspective, recycling plastics seems a good solution, which is also widely accepted in society. However, some issues concerning the recycling of plastic materials remain unsolved. We know that plastic waste finds its way to the natural environment whether it is recycled or not. We also know that plastic leaches chemicals (e.g., non-intentionally added substances and additives) into the surrounding environment, where these may induce toxicity. Recently it has also been discovered that post-consumer recyclates (PCR) mostly have a larger content of chemicals due to contamination throughout the life cycle of the pristine plastic waste. In this study, we investigated and compared the toxicity of methanolic extracts from pristine and PCR (with and without print) low-density polyethylene (LDPE) plastic bags (PBs), with some being artificially aged for 14 days in an ultraviolet-C (UVC) chamber, using the model species Daphnia magna. D. magna is a keystone species in the freshwater environment. The chemical composition of the PBs before and after aging was assessed, where both PCR revealed a higher number of chemicals than the pristine PBs, and the number of chemicals in both PCR PBs increased after aging. Toxicity was investigated with chronic exposure of D. magna to methanolic extracts of LDPE PBs (pristine and PCR) for 22 days. Significant effects were only found in daphnids exposed to extracts from aged PCR PBs, where survival and reproduction were highly affected. The PCR PBs with print revealed the overall highest toxicity and number of chemicals. In conclusion, this study shows a higher toxicity as well as a higher number of chemicals in PCR LDPE PBs compared to pristine LDPE PBs, only after UVC aging. This study contributes to a better understanding of the number of chemicals and toxicity of recycled plastics compared to pristine plastics and highlights the importance of assessing degradation when studying the chemical toxicity of plastics.