Investigadores analizan la degradación del polietileno en el medio ambiente

Aunque el proceso de degradación del polietileno conduce a la fragmentación en partículas cada vez más pequeñas, rara vez se encuentran partículas nanoplásticas aisladas en el medio ambiente, sino que se adhieren rápidamente a sistemas coloidales más grandes que se producen de forma natural en el medio ambiente.

El polietileno, un plástico barato y fácil de procesar, representa casi un tercio de los residuos plásticos del mundo. Es un material que se presenta en varias estructuras moleculares. El polietileno de baja densidad (LDPE) se usa ampliamente para envasar bienes de consumo diario, como alimentos, y es uno de los polímeros más comunes en todo el mundo como resultado de la creciente demanda.

Hasta ahora, solo ha habido estimaciones de cómo este plástico ampliamente utilizado se degrada después de que ingresa al medio ambiente como residuo. Ahora, un equipo de investigación del Centro de Investigación Colaborativa «Microplásticos» de la Universidad de Bayreuth, en Alemania, ha investigado sistemáticamente esta cuestión por primera vez. Sus hallazgos han sido publicados en la revista Science of the Total Environment.

Los científicos desarrollaron una nueva configuración experimental técnicamente sofisticada para este propósito. Esto hace posible simular dos procesos de degradación de plástico bien conocidos y relacionados con el medio ambiente de forma independiente en el laboratorio: 1.) fotooxidación, en el que las largas cadenas de polietileno se descomponen gradualmente en moléculas más pequeñas y más solubles en agua cuando se exponen a la luz, y 2.) fragmentación creciente debido a la tensión mecánica. Sobre esta base, fue posible obtener información detallada sobre los complejos procesos físicos y químicos de la degradación del LDPE.

La etapa final de la degradación del LDPE es de particular interés para los estudios que abordan el impacto potencial del polietileno en el medio ambiente. Lo que los investigadores descubrieron fue que esta degradación no termina con la descomposición del material de empaque liberado al medio ambiente en muchas partículas micro y nanoplásticas, que tienen un alto grado de cristalinidad. La razón es que estas pequeñas partículas tienen una fuerte tendencia a agregarse: se unen rápidamente a sistemas coloidales más grandes que consisten en moléculas orgánicas o inorgánicas y son parte del ciclo material en el medio ambiente.

Los ejemplos de tales sistemas coloidales incluyen minerales arcillosos, ácidos húmicos, polisacáridos y partículas biológicas de bacterias y hongos. «Este proceso de agregación evita que las nanopartículas individuales creadas por la degradación del polietileno estén disponibles libremente en el medio ambiente e interactúen con animales y plantas. Sin embargo, esto no es una señal de ‘todo limpio’. Los agregados más grandes que participan en el ciclo material en el medio ambiente y contienen nanoplásticos a menudo son ingeridos por organismos vivos. Así es como los nanoplásticos pueden eventualmente ingresar a la cadena alimentaria», dice Teresa Menzel, una de las tres autoras principales del nuevo estudio e investigadora doctoral en el campo de los materiales poliméricos.

Para identificar los productos de degradación formados cuando el polietileno se descompone, los investigadores emplearon un método que no ha sido ampliamente utilizado en la investigación de microplásticos: polarización cruzada múltiple en espectroscopia de RMN de estado sólido. «Este método incluso nos permite cuantificar los productos de degradación producidos por la fotooxidación», dice la coautora Anika Mauel, investigadora doctoral en química inorgánica.

Los investigadores de Bayreuth también han descubierto que la degradación y descomposición del polietileno también conduce a la formación de peróxidos. «Durante mucho tiempo se ha sospechado que los peróxidos son citotóxicos, lo que significa que tienen un efecto tóxico en las células vivas. Esa es otra forma en que la degradación del LDPE representa una amenaza potencial para los ecosistemas naturales. Estas interrelaciones deben estudiarse con más detalle en el futuro». agrega la coautora Nora Meides, investigadora doctoral en química macromolecular.