Ne tik išmestos aplinkoje, kilus gaisrui, bet ir automobiliams tiesiog riedant gatvėmis padangos daro žalą aplinkai. Valstybinio mokslinių tyrimų instituto Gamtos tyrimų centro (GTC) vyresnysis mokslo darbuotojas Tomas Makaras, kartu su kolegomis tyręs padangų mikro- ir nanodalelių bei mikroplastikų ilgalaikį poveikį vandens gyvūnams (moliuskams bei žuvims), atviras – senų padangų žala rimtesnė nei manyta.
– Lietuvoje buvo kilęs gaisras padangų perdirbimo įmonėje. Padangų, besimėtančių aplinkoje, vandens telkiniuose, deginamų buityje problema iki šiol išlieka opi. Ką svarbu žinoti apie padangų keliamą pavojų?
– Vienas svarbiausių taršos aspektų, susijusių su padangomis, yra fizinis jų dalelių, atsirandantis dėvėjimosi metu, ir cheminių priedų, esančių padangų sudėtyje, toksiškumas.
Gamtoje išmestos padangos darko vaizdą, teršia aplinką, tačiau daug didesnę grėsmę kelia jų eksploatacija ir gaisrai. Trinties metu padangos dėvisi, išskirdamos smulkias daleles, kurios turi didelį ekotoksikologinį potencialą – nuplautos kritulių, jos patenka į dirvožemį ir paviršinius vandens telkinius, kur gali kauptis ir paveikti ekosistemas. Per visą naudojimo laikotarpį (20–50 tūkst. km) viena padanga praranda apie 10–30 proc. savo protektoriaus masės – tai sudaro 1–2 kg gumos dalelių.
Padangų sudėtyje yra įvairių polimerų, pavyzdžiui, natūralios ir stireno-butadieno gumos, cheminių priedų (cinko oksido, sieros), sustiprinimui naudojamos plieninės vielos ir poliesterio pluoštas. Taip pat jose randama kitų elementų, tokių kaip aliuminis, kalcis, geležis, magnis, silicis ir titanas, kurie suteikia padangoms reikalingų mechaninių savybių.
Padangoms dėvintis, aukštoje temperatūroje susidarančios mikrodalelės lengviau išskiria pavojingus junginius, tokius kaip sunkieji metalai (cinkas, geležis, kobaltas), benzoazolai, policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (PAH) ir fenolio junginiai, kurie kelia riziką gyviesiems organizmams.
Dar didesnė tarša kyla padangų gaisrų metu. Degant padangoms, išsiskiria pavojingi junginiai: cianidiniai junginiai, pavyzdžiui, vandenilio cianidas, anglies monoksidas, sieros dioksidas, dioksinai, furanai, azoto oksidai, vandenilio halogenidai, lakiųjų organinių junginių mišiniai ir kiti sieros bei azoto junginiai. Dauguma jų yra labai toksiški, kai kurie – kancerogeniniai, galintys sukelti kvėpavimo takų pažeidimus ir didinti vėžio riziką, priklausomai nuo oro masių judėjimo krypties. Be to, gaisro gesinimo metu susidariusios nuotekos gali patekti į aplinką ir užteršti dirvožemį bei gruntinius vandenis, ypač gaisro epicentro zonoje.
– Koks jūsų su kolegomis įgyvendinto projekto tikslas?
– Nors žinių apie padangų dalelių koncentracijas aplinkoje daugėja, jų toksinis poveikis vis dar menkai ištirtas. Ypač trūksta duomenų apie mikro- ir nanodalelių, susidarančių padangų dėvėjimosi ar gaisrų metu, poveikį vandens organizmų vystymuisi, fiziologijai ir elgsenai, ypač lyginant su kitais mikroplastikais. Tyrimų stinga visuose biologiniuose lygmenyse, o ilgalaikis poveikis ir jo mechanizmai iki galo nėra aiškūs. Taip pat nėra aišku, kaip organizmai geba prisitaikyti prie šio poveikio ir ar jie sugeba visiškai atsistatyti.
Matydami, kokių žinių trūksta, ėmėmės įgyvendinti Lietuvos mokslo tarybos (LMT) finansuojamą projektą, kurio tikslas – surinkti naujų duomenų apie padangų gaisrų metu susidariusių nuotekų keliamą pavojų. Taip pat vertinome su padangų nusidėvėjimu susijusių mikro- ir nanodalelių bei mikroplastikų ilgalaikį poveikį skirtingo trofinio lygmens organizmams – moliuskams bei žuvims.
Tyrimai apėmė dvi poveikio kryptis – dalelių poveikį per vandenį ir per mitybos grandinę. Siekdami nustatyti galimus biologinių funkcijų sutrikimus ir toksinio poveikio mechanizmus, taikėme platų biožymenų spektrą.
Papildomai nusprendėme panagrinėti, ar naudotos padangos – tiksliau, jų dalelės – galėtų būti panaudotos sprendžiant kitą aplinkosaugos iššūkį – sunkiųjų metalų šalinimą iš nuotekų. Buvo lyginama, kurios padangų formos – įprastos ar perdirbtos (devulkanizuotos) – yra tinkamesnės šiam procesui.
Vykdyto mokslinio projekto rezultatai parodė, kad senų padangų keliamas pavojus aplinkai gerokai didesnis nei manyta anksčiau. Gaisro metu susidarančios nuosėdos ir nuotekos turi stiprų toksinį poveikį lašišinėms žuvims jų jautriame ankstyvojo vystymosi etape, o neigiami pokyčiai žuvų fiziologijoje ir ląstelių lygmenyje išlieka net ir po poveikio nutraukimo.
Padangų gumos dalelės, patekusios į organizmą, sukelia oksidacinį stresą, kraujo sudėties pokyčius, elgsenos sutrikimus, o ilgalaikėje perspektyvoje – netgi genetinius pažeidimus. Be to, dėvintis padangoms, į aplinką patenkančios nanoanglies medžiagos trikdo žuvų kvėpavimo ir širdies veiklą bei lemia vystymosi sutrikimus.
Vis dėlto tyrimai taip pat parodė ir teigiamą kryptį – devulkanizuotų padangų dalelės pasižymi geromis sorbcinėmis savybėmis, efektyviai šalinant metalus kaip teršalus iš vandens. Šie rezultatai pabrėžia būtinybę atsakingai tvarkyti padangų atliekas ir ieškoti sprendimų, mažinančių jų žalą ekosistemoms.
– Ar yra technologijų, galinčių padangas paversti draugiškesnėmis aplinkai?
– Šiuolaikinės technologijos leidžia padangas paversti kur kas draugiškesnėmis aplinkai per visą jų gyvavimo ciklą – nuo gamybos iki perdirbimo. Vis dažniau gamyboje naudojamos natūralios kilmės medžiagos ir perdirbti komponentai, taip mažinant priklausomybę nuo naftos produktų. Tobulinamos ir pačios padangos: mažinamas pasipriešinimas riedėjimui bei kuriamos savaime atsistatančios gumos technologijos, pavyzdžiui, taikant elastomerus – polimerus ir jų perdirbimo produktus, kurie įvairiomis sąlygomis yra labai elastingi, leidžiančius prailginti jų naudojimo laiką ir sumažinti taršą.
Perdirbimo srityje viena pažangiausių krypčių – devulkanizacija, leidžianti iš naudotos gumos kurti naujus produktus. Taip pat taikomos kriogeninio smulkinimo ir pirolizės technologijos – pastaroji, kaitinant padangas be deguonies, leidžia išgauti juodąją anglį, kuri gali būti naudojama naujų padangų gamyboje, taip pat naudingas dujas ir alyvą, tinkamas kurui.
Nyderlanduose plačiai taikomas mechaninis perdirbimas – senos padangos paverčiamos, pavyzdžiui, gyvulių kilimėliais tvartuose. Padangos taip pat dažnai naudojamos kaip kuras cemento krosnyse. Susmulkintos ir perdirbtos padangų dalelės sėkmingai taikomos vandens valymui nuo sunkiųjų metalų ar sporto aikštelių dangoms gaminti. Visi šie sprendimai padeda mažinti aplinkos taršą, skatina žiedinės ekonomikos principus ir atskleidžia, kad padangos gali būti ne tik atliekos, bet ir turėti praktinės naudos.
Technologijos vis dar tobulėja, ieškoma efektyvesnių ir pigesnių būdų perdirbti senas padangas, tačiau svarbu ir toliau tirti, kokią įtaką aplinkai turės naujos, patobulintos padangos, nes jų gamybai gali būti naudojami įvairūs komponentai, kurių toksikologinis poveikis organizmams dar nėra tirtas.
– Kokį pavojų mikro- ir nanodalelės gaisrų atveju kelia vandens telkiniams? Kaip jos išsiskiria? Ar jas įmanoma aptikti ir pašalinti?
– Padangos – sudarytos iš gumos, sintetinių polimerų, metalų (pvz., cinko, vario), bei įvairių priedų. Jų degimo metu išsiskiria suodžiai, pelenai, ne visiškai sudegusios medžiagos, o dėvintis susiformuoja smulkios mikro- ar nanodalelės, kurios dėl kritulių gali būti nuplaunamos į dirvožemį ir paviršinius vandenis.
Padangų nanodalelės, tokios kaip stireno-butadieno kaučiukas, cinkas ar metalo oksidai, naudojant pažangius analitinius metodus, gali būti nustatomi vandenyje ir dirvožemyje.
Dažniausiai šiam procesui pasitelkiama spektroskopija, pirolizės dujų chromatografija su masių spektrometrija, elektroninė mikroskopija, taip pat indukciniu būdu sujungta plazmos masių spektrometrija metalų analizei. Šios technologijos leidžia identifikuoti nanodaleles pagal jų cheminę sudėtį, struktūrą bei dydį. Nors šie metodai reikalauja specializuotos įrangos ir patirties, jie jau yra sėkmingai taikomi moksliniuose tyrimuose aplinkos taršai padangų kilmės nanodalelėmis nustatyti.
Buvo atliktas įdomus tyrimas su žuvimis. Mokslininkai bandė suprasti, kodėl, prasidėjus lietui, JAV šiaurinė Vakarų pakrantės upėse masiškai žūdavo neršti atplaukusios sidabrinės lašišos (Oncorhynchus kisutch). Siekdami išsiaiškinti priežastį, mokslininkai žuvį laikė vandenyje su naujų ir senų padangų gumos dalelėmis. Lašišos nugaišo, todėl tyrėjai pradėjo analizuoti šimtus cheminių medžiagų, kurios išsiskyrė į vandenį.
2020 metais publikuotas tyrimas atskleidė gaišimo priežastį: tai 6PPD – cheminė medžiaga, dedama į padangas, kad jos nesutrūkinėtų ir nedegraduotų. Kai 6PPD, esančiai padangų dulkėse, poveikį daro žemutinis ozono sluoksnis, ji virsta keliais kitais junginiais, tarp jų ir 6PPD-chinonu (6PPD-q). Šis junginys yra toksiškas keturioms iš vienuolikos ištirtų žuvų rūšių, tarp jų – ir lašišoms.
– Jūs minėjote mikroplastikus. Kokią žalą jie daro aplinkai ir žmonėms?
– Padangų mikroplastikai nėra įprasti plastikai – jie sudaryti iš sudėtingų sintetinių gumos mišinių. Šių mišinių pagrindą sudaro įvairūs polimerai, tokie kaip stireno-butadieno, butadieno ar etileno-propileno guma, kurie suteikia padangoms elastingumo, atsparumo ir sukibimo savybių.
Be polimerų padangose taip pat naudojama daug priedų – anglis, silicio dioksidas, cinko oksidas, antioksidantai, vulkanizacijos pagreitintojai, pavyzdžiui, benzotiazolio junginiai, alyvos ir slydimo agentai, tokie kaip oleamidas. Šios medžiagos, dėvintis padangoms, atsiskiria kaip mikrodalelės – jos dar vadinamos padangų dėvėjimosi mikroplastikais. Šios dalelės patenka į aplinką – orą, dirvožemį, lietaus kanalizaciją, paviršinius vandens telkinius, o savo dydžio bei cheminės sudėties yra priskiriamos mikroplastikams.
Tyrimuose tokios dalelės aptinkamos naudojant įvairius metodus, pavyzdžiui, pirolizinę dujų chromatografiją su masių spektrometrija, kuria nustatomi gumos komponentai pagal jų skilimo produktus, arba cheminius žymenis, tokius kaip N-cikloheksil-2-benzotiazolaminas ar oleamidas. Mūsų atliktame tyrime padangų mikroplastikai buvo analizuojami kaip gumos nanodalelių visuma, neišskiriant jų kaip atskirų plastikinių polimerų.
Papildomai buvo atlikti ir tyrimai su žinomesniais mikroplastikais, sudarytais iš dažniausiai aplinkoje randamų termoplastikų – didelio ir mažo tankio polietileno, polipropileno ir polistireno. Nustatyta, kad tokie mikroplastikai kartu su maistu gali patekti į žuvų organizmą ir ten kauptis. Ilgalaikis jų poveikis per mitybą sukelia citotoksinius ir genotoksinius efektus, fermentų aktyvumo pokyčius, oksidacinį stresą, kraujo parametrų pakitimus bei elgsenos sutrikimus skirtingose lašišinių žuvų vystymosi stadijose, priklausomai nuo plastiko tipo. Be to, smulkios mikroplastiko dalelės gali pažeisti žuvų žiaunų epitelį – kuo dalelė smulkesnė, tuo lengviau ji patenka į organizmą. Tokiu būdu mikroplastikai per mitybos grandinę gali patekti ir į žmogaus organizmą.
– Kodėl jūs su kolegomis apsisprendėte vykdyti LMT finansuojamą mokslininkų grupių projektą?
– Šie moksliniai tyrimai yra labai svarbūs tiek fundamentiniu, tiek praktiniu požiūriu. Fundamentiniu aspektu jie leidžia geriau suprasti, kokią riziką padangų dalelės kelia gyviesiems organizmams, kokie biologiniai procesai vyksta joms patekus į aplinką ir kokie yra jų poveikio mechanizmai.
Praktiniu požiūriu šie tyrimai prisideda prie tikslesnio mikro-nanomedžiagų ir mikroplastikų, susidarančių padangų dėvėjimosi metu, kiekių vertinimo aplinkoje, stebėsenos metodų tobulinimo. Be to, tyrimų rezultatai gali būti naudingi formuojant aplinkosaugos politiką ir priemones, skirtas mažinti tokios taršos poveikį ekosistemoms ir žmonių sveikatai.
Laisvė mokslininko darbe yra svarbi, nes ribojimai ir suvaržymai trukdo kritiškai mąstyti, kelti klausimus bei ieškoti galimų sprendimų. Ne veltui egzistuoja posakis „think outside the box”, pabrėžiantis, kad reikšmingi atradimai dažnai gimsta peržengus nusistovėjusias mąstymo ribas.
Moksle gebėjimas mąstyti plačiau taip pat reikalauja laisvės. Laisvas tyrimų pasirinkimas skatina kūrybiškumą ir leidžia mokslininkams dirbti su jiems aktualiomis temomis, todėl laisvė yra ne tik profesinė teisė, bet ir būtina sąlyga mokslo kokybei bei visuomenės pažangai.
– Ar šią temą ketinate vystyti toliau?
– Projektas jau įgyvendintas, tačiau tolesnis šios tematikos vystymas išlieka aktualus. Šie tyrimai tebėra svarbūs ir vis labiau sulaukia dėmesio iš užsienio kolegų. Augant transporto srautams, gamybai ir intensyvėjant naujų medžiagų kūrimui, didėja ir su aplinkosauga susijusios problemos, ypač tokios kaip padangų dėvėjimosi dalelės. Ši tarša neišnyksta, todėl ir moksliniai tyrimai šioje srityje išlieka būtini. Dar daug kas nėra ištirta – ypač tai, kaip skirtingi aplinkos veiksniai ir sąlygos lemia šių dalelių toksiškumą įvairioms organizmų grupėms. Tyrimai bus tęsiami, tačiau dėmesys bus skiriamas naujiems aspektams ir gilesniam šių medžiagų poveikio gyviems organizmams supratimui.
2024 metais LMT rekordiškai dideles investicijas skyrė mokslinėms idėjoms, galinčioms reikšmingai išplėsti mus supančio pasaulio pažinimą, pasiūlyti veiksmingą žinių taikymą ekonomikoje ir socialinėms inovacijoms, ugdymo bei medicinos srityse, o ilgesnėje laiko perspektyvoje – daryti teigiamą poveikį mūsų šalies socialinei, ekonominei ir kultūros raidai, finansuoti. Praėjusiais metais LMT finansavo 417 mokslininkų grupių projektų, jiems įgyvendinti buvo skirta 16 mln. Eur. Mokslininkų vykdomi projektai apima visų mokslų sritis – nuo humanitarikos iki fizikos, nuo molekulinės biologijos iki medicinos, nuo ekonomikos ir aplinkos iki technologinių mokslų.