Antifouling coatings op de scheepsromp zijn even noodzakelijk als omstreden. De scheepvaart kan niet zonder een middel tegen ongewenste aangroei: zeeorganismen die zich onder waterlijn vastzetten op de scheepsromp hebben een desastreus effect op de weerstand van een schip in het water en dus op het brandstofverbruik. Ook zorgt aangroei ervoor dat organismen over de hele wereld worden getransporteerd, ook naar kwetsbare ecosystemen.

‘Dit is met stip het meest ingewikkelde monster waarvoor we een analytische methode hebben ontwikkeld’

Barbara Scholz-Böttcher

Tegelijkertijd zijn er vragen over de milieubelasting van deze middelen. Naast twijfel over de toxiciteit en duurzaamheid van de gebruikte biocides, die in de meeste gevallen op basis van koperverbindingen zijn, is recentelijk een ander probleem aan het licht gekomen. Onderzoekers vonden namelijk sterke aanwijzingen dat microplastics in mariene omgevingen voor een belangrijk deel afkomstig zijn van deze antifouling coatings. 

Ingewikkelde monstervoorbereiding

Pas enkele jaren geleden is erkend dat microplastics een serieus probleem vormen in mariene omgevingen. Barbara Scholz-Böttcher, senior scientist van het ICBM (Institut für Chemie und Biologie des Meeres) van de Universiteit Oldenburg, begon in 2011 met haar onderzoek naar deze problematiek. ‘Er was in die tijd al veel aandacht voor de plasticvervuiling in de zee, maar nog weinig voor microplastics. Wij wilden achterhalen welk type microplastics in de mariene omgevingen in de buurt van Oldenburg, de Waddenzee en de Duitse Bocht, te vinden waren.’

Het onderzoek van Scholz-Böttcher maakt deel uit van het Europese project BASEMAN, onderdeel van het overkoepelende project JPI Oceans, waarin de Universiteit Oldenburg verantwoordelijk was voor de standaardisatie van de analysemethode. Het moeilijkste hierin was het concentreren van de kleinste microplasticdeeltjes uit de monsters. Scholz-Böttcher: ‘De samenstelling van het bodemsediment is erg complex en er is veel interferentie van andere organische en anorganische stoffen. Om een monster te verkrijgen waaraan we betrouwbare metingen konden doen, moesten we een kilogram sediment reduceren tot een paar milligram om op microgramniveau microplastics te kunnen analyseren. Daar zitten vervolgens allerlei plastics in, met verschillende polariteit, ketenlengtes en dichtheden. Bovendien veranderen de eigenschappen van de moleculen na verloop van tijd. Dit is met stip het meest ingewikkelde monster waarvoor we een analytische methode hebben ontwikkeld.’

Toolbox

Dat het analyseren van dergelijke monsters ingewikkeld is, beaamt ook professor Ronny Blust van het departement biologie van de Universiteit Antwerpen. Om de kleinste deeltjes beter te kunnen detecteren en karakteriseren, werkt hij aan een toolbox van verschillende analysetechnieken. ‘Er zijn verschillende separatie-, zuiverings- en analysetechnieken beschikbaar. In het project RESPONSE (ook onderdeel van JPI Oceans, red.) maken we een overzicht van al deze technieken, wanneer deze toe te passen en waar deze voor handen zijn. Niet ieder laboratorium heeft immers alle technieken in huis.’

‘Met name de kleinste deeltjes, de zogenaamde nanoplastics, bleven toe nu toe onder de radar’

Ronny Blust

Dankzij deze toolbox moet het opzetten van een analysestrategie gemakkelijker worden. ‘Het begint bij het verzamelen en isoleren’, vertelt Blust. ‘Voor wateranalyse combineren we vaak zeef- en filtratiemethoden, voorafgegaan door een digestie, maar je kunt ook gebruikmaken van centrifugetechnieken en scheiding op basis van de dichtheid. Welke techniek je toepast, hangt af van de omgeving waarin je een sample wil analyseren en hoe fijnmazig je gaat zoeken.’

De tweede stap betreft het sorteren van de deeltjes. Uit het bodem- of weefselmonster wil je immers zo veel mogelijk alleen de plasticdeeltjes overhouden. ‘Vervolgens moeten we die deeltjes tellen en identificeren. Die gegevens zijn van belang voor ecotoxicologische studies.’ Hiervoor gebruiken Blust en zijn collega’s veelal microscopische technieken in combinatie met spectroscopische methodes zoals FT-IR en Raman-fluorescentiespectrometrie. ‘Door een aantal van deze technieken te combineren, kunnen we verschillende plastics eenduidig identificeren. Een aandachtspunt hierbij is dat plastics vrijwel nooit alleen uit het zuivere polymeer bestaan, maar ook additieven kunnen bevatten. Dat kan waarneembaar zijn in het analytisch spectrum en invloed hebben op de milieueffecten van de microplastics.’

Scholz-Böttcher ontwikkelde een analysemethode op basis van pyrolyse-GC/MS en thermochemolyse om simultaan een fingerprint voor verschillende plastics te maken. ‘De plasticmoleculen breken bij hoge temperatuur op in kleinere fragmenten die specifiek zijn voor bepaalde polymeren. Uit de analytische gegevens kunnen we nu ook de massa en concentratie van de verschillende aanwezige microplastics afleiden.’

Grote scheepvaartroutes

Wat er uit de analyses van Scholz-Böttcher in de Noordzee kwam, was opvallend. ‘Er werd altijd aangenomen dat 80% van het plasticprobleem in zee veroorzaakt wordt door slecht afvalmanagement op het vasteland en de overige 20% afkomstig is van schepen en mariene activiteiten’, legt ze uit. ‘Inderdaad bleek dat aan de kust veel microplastics te relateren waren aan afvalplastic van verpakkingen. Verder van de kust zou je verwachten dezelfde verhoudingen tegen te komen, maar meer verdund ten opzichte van de kust. Maar ver vanaf de kustlijn vonden we onder meer relatief veel pvc, pmma en pc.’ Dit type polymeren wordt met name gebruikt in toepassingen waar langdurige resistentie vereist is, zoals in gebouwen. ‘Je zou deze niet verwachten in de zee’, stelt Scholz-Böttcher. ‘We vonden deze sporen met name op belangrijke scheepvaartroutes. Toen zijn we breder gaan kijken en ontdekten we dat ze ook toepassing vinden als bindmiddelen in antifouling coatings. Het is aannemelijk dat deze deeltjes door slijtage en onderhoud in het water terechtkomen.’

‘Bij AkzoNobel ontwikkelden we een biocide-vrije antifouling coating waarmee het brandstofverbruik met 9% daalt’

Joost Ruempol

Volgens Scholz-Böttcher is de toxicologische relevantie van deze microplastics tot nu toe onderschat. ‘Omdat de concentratie van de deeltjes tot nu toe niet bekend was en er nog geen toxicologische data zijn, bestaat er nog geen regulering voor.’ Blust vult aan: ‘Met name de kleinste deeltjes, de zogenaamde nanoplastics, bleven toe nu toe onder de radar. Het is belangrijk te weten wat de effecten zijn van relatief lage concentraties op lange termijn, welke organismen het meest gevoelig zijn voor deze deeltjes en hoe deze hieraan worden blootgesteld.’

Ultraglad oppervlak

AkzoNobel, een van de grootste producenten van scheepscoatings, is op de hoogte van het onderzoek van Scholz-Böttcher. ‘We moedigen dit onderzoek aan’, aldus woordvoerder Joost Ruempol. ‘Deze onderzoeken zouden in een breder verband gedaan moeten worden.’ AkzoNobel heeft zelf ook een aantal onderzoeksprogramma’s lopen op het gebied van antifouling systemen, vertelt hij. Het meeste onderzoek richt zich op het verbeteren van de prestaties van de systemen en op het verminderen van de biocides. ‘Onze R&D ontwikkelde bijvoorbeeld een biocide-vrije antifouling coating. Deze coating noemen we Intersleek en geeft een ultraglad oppervlak met een lage wrijving, waardoor aangroei geen kans krijgt en het brandstofverbruik met 9% kan dalen.’ Dat laatste kunnen voorspellen, is een belangrijke troef van AkzoNobels beheersystemen op afstand. ‘Zo kunnen scheepseigenaren nauwkeurig voorspellen wat de invloed van een antifouling coating is op het brandstofverbruik en de CO₂-uitstoot.’