La maggior parte delle particelle di microplastica nell'ambiente proviene da pezzi di plastica più grandi. In uno studio a lungo termine, un team di ricerca interdisciplinare presso l'Università di Bayreuth ha simulato la velocità con cui la plastica si scompone in frammenti sotto le influenze naturali. Test di laboratorio ad alta tecnologia sul polistirene mostrano due fasi di degradazione abiotica. Iniziare con, la stabilità della plastica è indebolita dalla fotoossidazione. Quindi si formano delle crepe e frammenti sempre più piccoli vengono rilasciati nell'ambiente. Lo studio, pubblicato sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali , consente di trarre conclusioni su altre plastiche comuni nell'ambiente.

Il polistirene è una plastica poco costosa che viene spesso utilizzata per l'imballaggio e l'isolamento termico, ed è quindi particolarmente comune nei rifiuti di plastica. Come parte del loro studio a lungo termine, i ricercatori di Bayreuth per la prima volta hanno combinato indagini analitiche, che sono state effettuate anche su particelle di polistirene a livello atomico, con misurazioni che determinano il comportamento di queste particelle sotto stress meccanico. In base a ciò, hanno sviluppato un modello per la degradazione abiotica, cioè degradazione senza l'influenza degli organismi viventi.

"Il nostro studio mostra che una singola particella di microplastica con un diametro di 160 micrometri rilascia circa 500 particelle nell'ordine di 20 micrometri, ovvero 0,02 millimetri, nel corso di un anno e mezzo di esposizione ai processi di invecchiamento naturale nell'ambiente. Col tempo, queste particelle a loro volta si scompongono in frammenti sempre più piccoli. Intorno a queste minuscole particelle può formarsi un'ecocorona, possibilmente facilitando la penetrazione nelle cellule degli organismi viventi. Questo è stato scoperto qualche mese fa da un altro gruppo di ricerca di Bayreuth, " dice la prima autrice Nora Meides, uno studente di dottorato in chimica macromolecolare presso l'Università di Bayreuth.

In acqua, le particelle microplastiche sono state esposte a due fattori di stress:luce solare intensa e stress meccanico continuo prodotto dall'agitazione. Nell'ambiente reale, luce solare e stress meccanico sono infatti i due principali fattori abiotici che contribuiscono alla graduale frammentazione delle particelle. L'irradiazione da parte della luce solare innesca processi di ossidazione sulla superficie delle particelle. Questa fotoossidazione, in combinazione con sollecitazioni meccaniche, ha conseguenze significative. Le catene di polistirene diventano sempre più corte. Per di più, diventano sempre più polari, cioè i centri di carica si formano nelle molecole. Nella seconda fase, le particelle microplastiche iniziano a frammentarsi. Qui, le particelle si scompongono in frammenti sempre più piccoli. Da una singola particella di 160 micrometri, Vengono create 500 particelle figlie di diametro inferiore a 20 micrometri. Durante questo processo, si formano ulteriori particelle nanoplastiche.

"I risultati della nostra ricerca sono una base preziosa per studiare in modo più dettagliato la degradazione abiotica di macro e microplastiche nell'ambiente, sia sulla terra che sulla superficie dell'acqua, usando altri tipi di plastica come esempi. Noi stessi siamo rimasti sorpresi dalla velocità della frammentazione, che mostra ancora una volta i potenziali rischi che potrebbero derivare dal crescente onere della plastica sull'ambiente. Rifiuti di plastica particolarmente grandi, sono, quando esposti alla luce solare e all'abrasione, un serbatoio di costante input di microplastiche. Sono proprio queste minuscole particelle, appena visibile ad occhio nudo, che si diffondono negli ecosistemi più remoti attraverso varie vie di trasporto, "dice Teresa Menzel, dottorato di ricerca studente nel settore dell'ingegneria dei polimeri.

"Il polistirene studiato nel nostro studio a lungo termine ha una catena portante di carbonio, proprio come polietilene e polipropilene. È molto probabile che il modello a due fasi che abbiamo sviluppato sul polistirene possa essere trasferito a queste plastiche, " aggiunge l'autore principale Prof. Dr. Jürgen Senker, professore di chimica inorganica, che ha coordinato il lavoro di ricerca.

Lo studio ora pubblicato è il risultato della stretta collaborazione interdisciplinare di un gruppo di lavoro appartenente al DFG Collaborative Research Center "Microplastics" dell'Università di Bayreuth. In questa squadra, scienziati della chimica macromolecolare, chimica inorganica, scienze ingegneristiche, e l'ecologia animale stanno studiando congiuntamente la formazione e la degradazione delle microplastiche. Numerosi tipi di tecnologia di ricerca sono disponibili nel campus di Bayreuth per questo scopo, che sono stati utilizzati nello studio a lungo termine:tra gli altri, spettroscopia 13C-MAS NMR, spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX), microscopia elettronica a scansione (SEM), e cromatografia a permeazione di gel (GPC).