De meeste microplastic deeltjes in het milieu zijn afkomstig van grotere stukken plastic. In een langetermijnonderzoek een interdisciplinair onderzoeksteam van de Universiteit van Bayreuth heeft gesimuleerd hoe snel plastic onder natuurlijke invloeden in fragmenten uiteenvalt. Hightech laboratoriumtesten op polystyreen tonen twee fasen van abiotische afbraak aan. Beginnen met, de stabiliteit van de kunststof wordt verzwakt door foto-oxidatie. Dan ontstaan ​​er scheuren en komen er steeds meer en kleinere fragmenten in het milieu. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , maakt het mogelijk conclusies te trekken over andere kunststoffen die veel voorkomen in het milieu.

Polystyreen is een goedkope kunststof die vaak wordt gebruikt voor verpakkingen en thermische isolatie, en komt daarom vooral veel voor in plastic afval. Als onderdeel van hun langlopende studie, combineerden de Bayreuth-onderzoekers voor het eerst analytische onderzoeken, die ook werden uitgevoerd op polystyreendeeltjes op atomair niveau, met metingen die het gedrag van deze deeltjes onder mechanische belasting bepalen. Op basis hiervan, ontwikkelden ze een model voor abiotische afbraak, d.w.z. afbraak zonder invloed van levende organismen.

"Ons onderzoek toont aan dat een enkel microplastic deeltje met een diameter van 160 micrometer ongeveer 500 deeltjes in de orde van 20 micrometer - dat wil zeggen 0,02 millimeter - vrijgeeft in de loop van anderhalf jaar blootstelling aan natuurlijke verweringsprocessen in de omgeving. Overuren, deze deeltjes vallen op hun beurt uiteen in steeds kleinere fragmenten. Rond deze kleine deeltjes kan een ecocorona ontstaan, mogelijk de penetratie in de cellen van levende organismen vergemakkelijken. Dit werd een paar maanden geleden ontdekt door een andere Bayreuth-onderzoeksgroep, " zegt eerste auteur Nora Meides, een doctoraatsstudent in macromoleculaire chemie aan de Universiteit van Bayreuth.

In het water, de microplastische deeltjes werden blootgesteld aan twee stressfactoren:intens zonlicht en continue mechanische stress veroorzaakt door agitatie. In de echte wereld, zonlicht en mechanische stress zijn in feite de twee belangrijkste abiotische factoren die bijdragen aan de geleidelijke fragmentatie van de deeltjes. Bestraling door zonlicht veroorzaakt oxidatieprocessen op het oppervlak van de deeltjes. Deze foto-oxidatie, in combinatie met mechanische belasting, heeft grote gevolgen. De polystyreenketens worden steeds korter. Verder, ze worden steeds meer polair, d.w.z. ladingscentra worden gevormd in de moleculen. In de tweede fase, de microplastische deeltjes beginnen te fragmenteren. Hier, de deeltjes vallen uiteen in steeds kleinere fragmenten. Van een enkel deeltje van 160 micrometer, Er ontstaan ​​500 dochterdeeltjes met een diameter kleiner dan 20 micrometer. Tijdens dit proces, extra nanoplastische deeltjes worden gevormd.

"Onze onderzoeksresultaten zijn een waardevolle basis om de abiotische afbraak van macro- en microplastics in het milieu - zowel op het land als aan het wateroppervlak - nader te onderzoeken, andere soorten plastic als voorbeeld gebruiken. We waren zelf verrast door de snelheid van fragmentatie, wat opnieuw de potentiële risico's laat zien die kunnen voortvloeien uit de groeiende belasting van kunststoffen voor het milieu. Vooral grotere plastic afvalvoorwerpen, zijn - wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht en slijtage - een reservoir van constante microplastics. Het zijn juist deze kleine deeltjes, nauwelijks zichtbaar voor het blote oog, die zich via verschillende transportroutes naar de meest afgelegen ecosystemen verspreiden, " zegt Teresa Menzel, doctoraat student op het gebied van Polymer Engineering.

"Het polystyreen dat in onze langetermijnstudie is onderzocht, heeft een koolstofketen, net als polyethyleen en polypropyleen. Het is zeer waarschijnlijk dat het tweefasenmodel dat we hebben ontwikkeld op polystyreen kan worden overgebracht naar deze kunststoffen, " voegt hoofdauteur Prof. Dr. Jürgen Senker toe, hoogleraar anorganische chemie, die het onderzoekswerk coördineerde.

De nu gepubliceerde studie is het resultaat van de nauwe interdisciplinaire samenwerking van een werkgroep van het DFG Collaborative Research Centre "Microplastics" van de Universiteit van Bayreuth. In dit elftal, wetenschappers uit de macromoleculaire chemie, anorganische scheikunde, technische wetenschappen, en dierecologie onderzoeken samen de vorming en afbraak van microplastics. Hiervoor zijn op de campus van Bayreuth talrijke soorten onderzoekstechnologie beschikbaar, die werden gebruikt in het langetermijnonderzoek:onder andere 13C-MAS NMR-spectroscopie, energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDX), scanning elektronenmicroscopie (SEM), en gelpermeatiechromatografie (GPC).