Använder solljus för att bryta ner plast

Med start nu i november 2017 kommer ett reningssystem för att bryta ner mikroplaster och som utvecklats vid KTH att implementeras i anslutning till bostäder så väl som reningsverk. Tanken är att reningssystemet bland annat ska avlägsna mikroplaster som hamnar i avloppsvattnet och som kommer från kosmetika som hudlotion, peeling, tandkräm, raklödder och duschtvål, men också kläder.

Plaster bryts normalt ner av solljus, men det tar lång tid. Inte sällan kan det krävas många år innan plasten helt lösts upp.

Att snabba upp den här nedbrytningsprocessen är vad Joydeep Dutta, professor i material- och nanofysik, ägnat åratal av sitt forskningsverksamma liv att jobba med. Han berättar att den teknik som utvecklats vid universitetet effektiviserar solljuset samt de ultravioletta strålarna, och gör dessa mer effektiva i nedbrytningssyfte.

Reningssystemet består bland annat av ett filtermaterial, ett membran med ett överdrag (coatning) bestående av nanometersmå halvledare. Det är detta som bidrar till att nedbrytningsprocessen går snabbare än i naturen, en process som kallas för fotokatalytisk oxidation.

– I ett testhushåll som ingår i forskningsprojektet kommer dessa filter att placeras i slutet av avloppsröret som går ut från huset. När det gäller reningsverk så kommer vi att placera filtret i slutet, efter alla andra reningsprocesser, säger Joydeep Dutta, som förutom professorsrollen också är enhetschef på avdelningen Funktionella material vid KTH.

Mer tekniskt beskrivet fungerar reningssystemet så att det använder sig av halvledare som behandlats med titan- och zinkoxid. Dessa bryter ner kemikalier och förorenande ämnen som plaster och oljor till harmlösa kemiska föreningar som vatten och koldioxid. 

Fotokatalytisk oxidation har vissa likheter med fotosyntesen, och bryter isär sammansättningar likt plast genom att energi tillförs till atomer så att elektroner får mer energi och "hoppar upp", kallat excitation inom fysiken. Detta får vattenmolekyler att delas i sina beståndsdelar, det vill säga väte och syre. Materialet i reningssystemet fångar in tillräckligt med solstrålning för att sätta igång denna reaktion inuti plastmolekylerna. Därmed uppstår nedbrytningsprocessen som leder till att plasten i slutändan oskadliggörs.

Enligt Norska institutet för vattenforskning, NIVA, så är så gott som varenda strand världen över kontaminerad med mikroplaster. Som om detta inte vore illa nog så får vattenlevande organismen i sig plastpartiklarna som i sig binder till gifter som DDT och PCB.

– Mikroplasterna ackumuleras allt mer ju längre upp i näringskedjan man kommer, vilket förstås får konsekvenser för oss människor som befinner oss längst upp, säger Joydeep Dutta.

Forskningsprojektet, som bär namnet Cleaning Litter by Developing and Applying Innovative Methods in European Seas (CLAIM), kommer också att sätta ut reningsverk i flodmynningar runt om i Europa för att samla in större plastföroreningar som är synliga för det mänskliga ögat. Inom ramen för CLAIM kommer forskarna även att testa ett system för att känna av mängden plast i vatten i bland annat Lyonbukten, Liguriska havet och längst med danska färjerutter.

Forskningen koordineras av Hellenic Centre for Marine Research (HCMR) i Grekland, och involverar 19 olika partnerorganisationer fördelat över 13 EU-länder samt Tunisien och Libanon. Det är finanserat av Horizon 2020 och ska pågå fram till och med år 2021.

Filtermembranen har KTH tagit fram i samarbete med det svenska företag PP Polymers. 

Text: David Callahan

För mer information, kontakta Joydeep Dutta på 08 - 790 81 42 eller joydeep@kth.se.