Impact of microplastic ingestion on marine biodiversity in life cycle impact assessment

Abstract

In the last decades, large amounts of plastic from anthropogenic activities have reached the aquatic ecosystem. Once plastic is in the environment, species are exposed to it, being physi-cally and chemically affected. Impacts can stem from both macro- and microplastics, as well as from chemical additives from the plastics. The additives are incorporated to the plastic products during the manufacturing process with distinct functions, such as plasticizers, heat and light stabilizers, pesticides or flame-retardants. Aquatic species, exposed to these sub-stances can be harmed due to their potentially toxic effects. However, life cycle impact assess-ment still needs a complete model for assessing the environmental consequences of these ad-ditives. In this thesis, we present a database of physical properties of microplastics, such as size, type, colour, polymer, and chemical composition, which influence ingestion and affect aquatic species. Furthermore, we calculated 25 effect factors for plastic additives on aquatic ecosystems representing 25 additives in 19 effect factors for single chemicals, four for over-arching categories (alkylphenols, benzophenones, brominated flame retardants and phos-phates), one for other and a Generic effect factor. The factors are representative for 73 aquatic species belonging to nine different phyla. These factors were integrated with fate and exposure factors to derive characterisation factors for the leaching of additives from spherical micro-plastic particles (microbeads and spheres) of varying sizes (1μm, 10μm, 100μm, 1000μm and 5000μm) composed of eight different polymers, including EPS, PS, PA/Nylon, PP, HDPE, LDPE, PET, and PVC. This research advances LCIA by providing new data for as-sessing the ecotoxicity of plastic additives and their environmental impacts related to plastic pollution.

Nas últimas décadas, grandes quantidades de plástico provenientes de atividades antropogênicas têm alcançado os ecossistemas aquáticos. Uma vez no ambiente, as espécies são expostas a este tipo de poluição, sendo física e quimicamente afetadas. Os impactos podem decorrer tanto de macro quanto de microplásticos, assim como dos aditivos químicos. Esses aditivos são incorporados aos produtos plásticos durante o processo de fabricação para diferentes funções, como plastificantes, estabilizadores térmicos e de luz, pesticidas ou retardantes de chama. As espécies aquáticas expostas a essas substâncias podem ser prejudicadas devido aos seus potenciais efeitos tóxicos. No entanto, a avaliação do ciclo de vida (LCIA) ainda carece de um modelo completo para avaliar as consequências ambientais desses aditivos. Nesta tese, apresentamos um banco de dados com propriedades físicas dos microplásticos, incluindo tamanho, tipo, cor, composição polimérica e composição química, que influenciam a ingestão e afetam as espécies aquáticas. Além disso, calculamos 25 fatores de efeito para aditivos plásticos em ecossistemas aquáticos, representando 25 aditivos em 19 fatores de efeito para produtos químicos individuais, quatro para categorias abrangentes (alquilfenóis, benzofenonas, retardantes de chama bromados e fosfatos), um para "outros" e um fator de efeito genérico. Esses fatores são representativos de 73 espécies aquáticas pertencentes a nove filos diferentes. Integramos esses fatores com fatores de destino e exposição para derivar fatores de caracterização da lixiviação de aditivos de partículas microplásticas esféricas (microesferas e esferas) de diferentes tamanhos (1 μm, 10 μm, 100 μm, 1000 μm e 5000 μm), compostas por oito polímeros diferentes, incluindo EPS, PS, PA/Nylon, PP, HDPE, LDPE, PET e PVC. Esta pesquisa avança a LCIA ao fornecer novos dados para a avaliação da ecotoxicidade dos aditivos plásticos e seus impactos ambientais relacionados à poluição plástica.