Plastiksvampe Alternativ nedbrydning af plast. Unge Forskere Helene Kaas og Silvia Topholm

Transkript

1 Plastiksvampe Alternativ nedbrydning af plast Unge Forskere Helene Kaas og Silvia Topholm

2 Indholdsfortegnelse: Abstract... 3 Introduktion... 4 Problemformulering... 4 Baggrundsviden Bionedbrydeligt plast og bioplast... 4 Polyethylen Kløvblad... 5 Almindelig østershat... 5 Hypotese... 5 Materialer til forsøg... 5 Metode til forsøg... 6 Resultater Perspektivering... 8 Konklusion... 8 Referencer... 9 Opdatering Nedbrydningen af plast Den almindelige østershat Bakterien ideonella sakaiensis Hypotese Forsøgsopstilling Resultater og Konklusion Referencer Side 2 af 13

3 Abstract: Side 3 af 13

4 Introduktion Plastik fylder en stor del af vores hverdag. Vi kan praktisk talt ikke leve uden det. Dog findes der mange kemikalier og stoffer i vores plastik, som ikke kun er skadelige for os men også for naturen. Derudover tager det plastik år at nedbryde. Dette resulterer i at dyr, fra fugle til små organismer, optager disse plastprodukter og dermed også kemikalierne i dem, og enten dør af at blive kvalt, eller sender de giftige stoffer videre i fødekæden. Problemformulering Hvordan kan vi effektivt og uden at forurene miljøet nedbryde plastik? Baggrundsviden Bionedbrydeligt plast og bioplast: Det er langt fra al bioplast, som er bionedbrydeligt og komposterbart. Noget bioplast kan blive efterladt i naturen eller hjemmet helt uden at blive nedbrudt. Selv det nedbrydelige plast er adskillige år om at blive nedbrudt. I fremstillingsprocessen af bioplast bliver råoliens carbonkæder erstattet med vedvarende organiske stoffer som fx. majsstivelse eller stivelse fra roer. Problemet med disse former for plastik er, at de ofte nedbrydes i vand, hvilket gør dem temmelig upraktiske. Man har forsøgt at behandle plastikken for at modvirke dens naturlige nedbrydelse i vand, men det resulterer i, at den får et højt indhold af skadelige kemikalier. Bionedbrydeligt plastik er dog ikke brugt til produkter med en længere leveringstid, fordi den langsomt bliver nedbrudt og derved mister sine egenskaber. Bliver bioplast ikke placeret i et egnet miljø, med organismer, varme og fugt, kan dette have fatale konsekvenser. Bioplasten kan eksempelvis udskille farlige gasser, hvis den befinder sig på en almindelig losseplads. Polyethylen: Polyethylen er den mest udbredte form for plast. Den kaldes også polyethen og PE. Der bliver årligt produceret omkring 80 millioner ton PE på verdensplan. Det termoplastiske kulstof er fremstillet ved polymerisation af gassen ethen C2H4. Man kan finde polyethylen overalt, blandt andet i form af afløbsrør, madkasser, legetøj, plastikposer, shampooflasker, tandpastatuber, emballage og el-artikler. Denne plast kan dog ikke nedbrydes og ender derfor ofte i havet eller på forbrændingsanlæg. Dette kan have fatale konsekvenser for dyrelivet og miljøet, da polyethylen i nogle tilfælde tager op til flere årtier at blive nedbrudt. Side 4 af 13

5 Grunden til at plastik ikke kan blive nedbrudt på samme måde som andre organiske stoffer naturen er, at plast er sammensat af en lang række monomer, som er koblet sammen til større polymerer ved hjælp at en kemisk reaktion som kaldes polymerisation. Polymerisationen af ethen sker ved, at dobbeltbindingen brydes, og elektronerne i stedet for danner to enkeltbindinger, hvor den a bne binding kobler sig pa et andet ethen-molekyle med en a ben binding osv. Kløvblad: Kløvblad er på latinsk kendt som Schizophyllum commune. Svampen hører til under kløvbladfamilien og vokser på døde løvtræer, især bøg, efter vedet har været dødt i 2-3 år. Kløvblad lever af at nedbryde dødt ved. Svampen vokser året rundt og er meget almindelig i Danmark. Svampen er spiselig, dog bliver den ikke spist i Europa, da man ikke bryder sig om smagen. Almindelig østershat: Den almindelige østershat er på latin kendt som Pleurotus ostreatus. Den kan findes i danske bøgeskove samt mange andre steder i verden. Svampen vokser på døde eller døende træer, oftest er det på løvtræ og bøgetræ, men den findes også på andre arter af træer. Det er en spiselig svamp, som kan dyrkes i rådnende materialer som rillede træstykker eller på halmballer. Hypotese En idéel løsning på miljøvenligt at nedbryde plastik ville være, hvis man kunne finde en organisme, som kunne nedbryde plasten til spiselige stoffer. Det kunne eksempelvis gøres med den almindelige østershat, som siges at kunne vokse i et miljø med plastik, hvor den nedbryder plastikken og omdanner den til spiselige svampe. Vi tror, at den almindelige østershat kan dyrkes i et lukket miljø, hvor den sikkert kan nedbryde plasten og omdanne den til spiselige svampe. Materialer til forsøg -Almindelige østershatte sporer -Vand -Steriliseret plastik (PE) -Agar-agar -Glucose -Stivelse Billedet til højre viser de almindelige østershatte sporer. Side 5 af 13

6 Metode for forsøg Først fremstilles en fast gelatine af vand, agar-agar, glucose og stivelse. Den hældes i en petriskål hvor den skal stivne. På agar-agar bunden lægges et stykke steriliseret plast. Almindelige østershatte sporer blandes med vand ved stuetemperatur, og blandingen hældes over agar-agar bunden med plastik. Nu dækkes petriskålen til med lufttæt plastik og stilles til at hvile ved stuetemperatur, hvorefter svampesporernes vækstprocess kan overvåges dag efter dag. Svampesporerne nedbryder plasten og omdanner den til spiselige østershatte. Resultater Efter en uge kan det ses, at østershattene er begyndt at vokse på agar-agar bunden med plast. En petriskål med silikonebehandlet bagepapir havde svampesporer som var vokset efter bare 2 dage. Svampesporerne nedbryder plasten og skiller den ad. Da kulstof og hydrogen indgår i respiration, kan svampen omdanne plasten til andre organiske stoffer. Det skal undersøges nærmere så vi forstår omdannelsesprocessen fra plastik til spiselige svampe. Hypotesen blev bekræftet, men en mulig fejlkilde kan være, at svampen blot har nedbrudt plasten til mikroplast. Det skal undersøges under et mikroskop. Der voksede mug på agar-agaren, det kan ses at muggen er spredt ned i agar-agaren og ikke har berørt plasten og svampesporerne. Dette kan være med til at bekræfte, at svampen er vokset på plasten og ikke agar-agaren. Side 6 af 13

7 På øverste venstre billede ses en petriskål med en bund af agar-agar. Ovenpå den er der lagt et stykke steriliseret plast (PE), med blandingen af svampespore og vand ovenpå. På det øverste højre billede ses den samme petriskål efter have stået ved stuetemperatur i 10 dage. Det kan ses at østershatten er begyndt at vokse omkring midten af plasten. På billedet til venstre ses en petriskål med agar-agar, silikonebehandlet bagepapir og blandingen af svampesporer og vand, efter at have stået ved stuetemperatur i 2 dage. Siden silikone er let nedbrydeligt i naturen, kan det også tydeligt ses, at svampesporerne er vokset markant hurtigere på silikone end på polyethylen. Side 7 af 13

8 Perspektivering De resultater vi fik kom af, at vi tvang svampen til at vokse på plasten. Ved at lægge plasten over agar-agaren i en steriliseret petriskål, kan svampen kun overleve ved at nedbryde plasten. Der er ikke andre stoffer, som kan opfylde svampens levevilkår. Havde vi haft et mere sterilt miljø, kunne vi stole mere på de resultater vi fik af forsøget. Så kunne vi også have undgået den mug, som voksede på agar-agaren i første petriskål. En anden mulighed for at opnå et tydeligere resultat, ville have været at tilsætte kløvbladsporer for en hurtigere nedbrydelse af plasten. Dette kunne dog have en effekt på, hvorvidt resultatet ville være spiseligt af hensyn til smagen. Har vi muligheden for at arbejde videre med projektet i fremtiden, vil vi først og fremmest lave hele opsætningen i et mere sterilt miljø, så vi undgår så mange fejlkilder som muligt. Dernæst vil vi gerne have adgang til et mikroskop, så vi kan undersøge svampens omdannelsesprocess af plasten. En mulighed vil være at bruge farverigt plastik i forsøget, så det nemmere kan ses med det blotte øje, om plasten er nedbrudt og omdannet, eller om det blot er brudt i mindre stykker. Det ville også være interessant at udføre forsøgsopstillingen i større mængder, sådan at vi kunne veje mængden af plastik før og efter svampens nedbrydelse process. Konklusion Formålet med forsøget var at undersøge, om østershatte kan vokse i et miljø med intet andet end plastik til at opfylde deres levevilkår. Efter resultaterne fra forsøgsopstillingen viste en tydelig vækst i svampesporerne efter 10 dage ved stuetemperatur, må vi konkludere, at det kan de. Side 8 af 13

9 Referencer How long does it take a plastic bottle to biodegrade, Postconsumers, Artikel. Link: Bionedbrydeligt plast; er det bedre for miljøet?, FuturEnergia, Artikel. Link: Polyethylen, Wikipedia, Artikel. Link: Almindelig østershat, Fugle og Natur, Artikel. Link: Fungi Mutarium, Livinstudio, Projekt. Link: Kløvblad, Danmarks svampeatlas, Artikel. Link: Hvad er bioplast, Plastindustrien, Artikel. Link: Fungi Mutarium turns waste into edible treats, Dezeen, Artikel. Link: Side 9 af 13

10 Opdatering Nedbrydningen af plast: Vi kan bevise at plastikken bliver nedbrudt, og ikke kun er brudt til mikroplast, ved at lade plastikkens carbonkæde være svampens eneste kilde til carbon, hvilket den skal bruge for at overleve. Vi kan sikre os at resultatet ikke indeholder giftstoffer, ved udelukkende at vælge plast som ikke indeholder skadelige kemikalier. Den almindelige østershat: Den almindelige østershat lever parasitisk på døde eller døende træer. Den er en kendt nedbryder i naturen. Svampen skaber ikke affaldsstoffer, da den hverken bruger fotosyntese eller forbrænder dens næringsstoffer. I stedet omdannes alle dens optagede næringsstoffer. Den almindelige østershat hører til Østershat familien og er derfor ikke en skimmelsvamp. Østershat familien lever som parasitter på træerne og indgår derfor ikke i symbiose. Altså suger de sukkerstoffer og andre næringsstoffer ud af træet, uden at give noget igen. Når træet derefter er dødt, fungere Østershatten som nedbryder, hvor den omdanner træets molekyler så den kan vokse. Bakterien ideonella sakaiensis: Bakterien ideonella sakainsis blev først fundet og isoleret udenfor et genbrugsanlæg for plastikflasker i Japan. I 2016 opdagede en gruppe japanske forskere, at bakterien kan nedbryde PET, da den bruger plastikken som primære energi- og carbon kilde. Hypotese: Bakterien ideonella sakaiensis siges at kunne nedbryde plastik. Hvis den almindelige østershat kan leve af bakteriens produkt, så kan plastik nedbrydes i to processer til spiselige østershatte, uden at forurene miljøet. Beviset for at plastikken er nedbrudt vil være, at plastikkens carbonkæder er bakteriens og svampens eneste kilde til næringsstoffet carbon, som de ikke kan leve uden. Forsøgsopstilling: Materialer: Petriskål Agar-agar Steriliseret plast Sterilt stof Vand Østershatte sporer/mycelier Bakterien ideonella sakaiensis Produkt af bakterien ideonella sakaiensis Side 10 af 13

11 Forsøgsopstilling 1: En gelatine fremstilles i bunden af en petriskål, af agar-agar og vand. I petriskålen lægges små stykker steriliseret plast. Flere opsætninger laves med forskellige slags plasttyper. Over plastikken spredes enten østershatte sporer eller mycelier, og petriskålen dækkes nu til med et stykke stof, som er blevet kogt vand. Nu stilles svampen til at vokse ved stuetemperatur i sollys, hvor den jævnligt får tilsat vand. Forsøgsopstilling 2: En gelatine fremstilles i bunden af en petriskål, af agar-agar og vand. I den første petriskål lægges østershatte sporer for sig selv, som en kontrol af de andre forsøg. I den næste petriskål lægges plast med bakterien ideonella sakaiensis. I en anden petriskål lægges svampesporerne sammen med produktet fra bakterien. I en sidste petriskål lægges bakterien, plasten og svampen, for at se om nedbrydningsprocessen kan foregå i en enkelt forsøgsopstilling. Alle petriskålene dækkes til med et stykke stof, som er blevet kogt i vand. Nedenfor ses en skitse af forsøgsopstillingerne. Side 11 af 13

12 Resultater: Vi afventer på nuværende tidspunkt stadig resultaterne fra de nye forsøg. Resultaterne af vores tidligere forsøg kan ikke være bevis for nedbrydningen af plast, da der indgik glucose i forsøgsopstillingerne, hvilket indeholder carbon. Konklusion: Vi venter at have en konklusion fra forsøget omkring 3 uger fra d Den vil derfor være klar til at blive præsenteret til finalen d I et forsøg hvor østershatte sporer og plastik lå i en petriskål med agar-agar, voksede flere af sporerne til klumper af mycelium, hvor plastikken var svampens eneste carbon kilde. Side 12 af 13

13 Referencer: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terehthalate), Artikel. Link: Ideonella skaiensis, Wikipedia, Artikel. Link: Personer: Irina Borodina, DTU, Biosustainable. Side 13 af 13