I mattoncini LEGO svelano quanto resiste la plastica in mare

La plastica ormai è ubiquitaria. Si accumula negli organismi marini e anche nell’uomo. Ogni anno sono prodotte circa 300 milioni di tonnellate di plastica e di queste circa otto milioni finiscono nei nostri mari. Sono proprio quelle caratteristiche che la rendono versatile e ampiamente utilizzata a causarne un’elevata persistenza nell’ambiente. La plastica impiega secoli per degradarsi spontaneamente e intanto si frammenta in pezzi di dimensioni minori chiamati microplastiche. Con il passare del tempo, infatti, subisce sia una degradazione chimica che fisica. La prima è dovuta ad una reazione di foto-ossidazione dei polimeri che la compongono. La seconda, invece, è causata da sollecitazioni fisiche come l’abrasione meccanica per effetto del vento, del moto ondoso o della sabbia. Quindi quanto tempo impiega la plastica a degradarsi? La risposta proviene da un gioco molto amato da bambini e adulti. Infatti, i mattoncini LEGO ci svelano quanto resiste la plastica in mare.

Mattoncini LEGO di varie dimensioni, forme e colori.
Figura 1 – Mattoncini LEGO di varie dimensioni, forme e colori. [Immagine scattata da Elisabetta Cretella]

Uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Environmental Pollution ha stimato il tempo di degradazione della plastica in mare utilizzando proprio i mattoncini LEGO.

I ricercatori della University of Plymouth, in Inghilterra, hanno scelto di analizzare i LEGO perché sono tra i più diffusi ‘pezzi’ di plastica raccolti dai volontari sulle spiagge di tutto il mondo. Infatti, ogni anno se ne producono più di 60 miliardi.

Come si capisce che la plastica si sta degradando?

Alcuni cambiamenti, indicativi del processo di degradazione della plastica, sono visibili ad occhio nudo. Ne sono un esempio i cambiamenti delle caratteristiche superficiali come la forma, le dimensioni e il colore. Inoltre, durante la degradazione diminuisce il peso molecolare medio dei polimeri che la costituiscono. Altre modificazioni sono la perdita della resistenza meccanica e le modificazioni dei gruppi funzionali dei suoi polimeri.

Tuttavia, non è facile comprendere le tempistiche precise di alterazione della plastica in ambiente marino. Infatti questo materiale, prodotto in tempi piuttosto recenti, è costituito da polimeri le cui proprietà variano considerevolmente tra oggetti differenti.

Esistono però alcuni studi empirici, condotti sia in laboratorio che sul campo, che mimano le condizioni a cui la plastica è sottoposta nell’ambiente esterno. Tuttavia, a causa della loro breve durata – da poche settimane ad alcuni anni- non riescono a chiarire le sue tempistiche di degradazione.

Un’alternativa esiste: i LEGO svelano quanto resiste la plastica in mare

Per studiare l’alterazione e la persistenza della plastica nell’ambiente si può confrontare un oggetto di questo materiale ritrovato in mare con uno identico ben conservato. In questo modo si può stimare il periodo di tempo in cui è stato abbandonato e le tempistiche di degradazione. Questo grazie ad una tecnica chiamata spettrofotometria XRF (X-ray fluorescence spectroscopy o X-ray fluorescence) che consente di analizzare gli spettri di emissione di ogni campione. Si tratta di una tecnica di analisi non distruttiva che consente di risalire alla composizione elementare di un campione sfruttando la fluorescenza a raggi X.

  1. Il campione è irraggiato (cioè colpito) con raggi X ad alta energia, chiamati raggi X primari.
  2. Questi raggi, colpendo il campione lo eccitano ovvero gli trasferiscono dell’energia.
  3. L’ energia assorbita dal campione in parte viene ri-emessa sempre sottoforma di raggi X, chiamati raggi X secondari, e catturata da un rilevatore.

Le energie emesse da ogni singolo campione (cioè i raggi X secondari) sono caratteristiche degli atomi che lo compongono. In questo modo si può individuare velocemente la composizione atomica del campione e quindi, nel nostro caso, la presenza di specifici gruppi funzionali dei polimeri che compongono la plastica.

Questi gruppi funzionali nel tempo subiscono dei cambiamenti e con essi anche i loro spettri di emissione.

Questo è proprio quello che hanno fatto i ricercatori della University of Plymouth, utilizzando i mattoncini più famosi al mondo come oggetto di plastica da confrontare.

I LEGO raccolti sulle spiagge sono confrontati con quelli dei collezionisti

I mattoncini LEGO raccolti dai volontari sulle spiagge inglesi sono stati datati e confrontati con quelli custoditi dai collezionisti del Regno Unito e acquistati tra il 1972 e il 1981.

I LEGO svelano quanto resiste la plastica in mare grazie al confronto tra coppie di mattoncini identici. Con il passare del tempo, questi mattoncini subiscono modificazioni alla forma e al colore.
Figura 2 – I LEGO svelano quanto resiste la plastica in mare grazie al confronto tra coppie di mattoncini identici. Con il passare del tempo, questi mattoncini subiscono modificazioni alla forma e al colore. [Turner et al., 2020]

I ricercatori hanno confrontato mattoncini della stessa età, con caratteristiche identiche (come la forma, le dimensioni e il colore) e, se disponibile, con lo stesso numero di serie. I mattoncini recuperati dalle spiagge hanno bordi e angoli più lisci rispetto a quelli non esposti alle intemperie. Inoltre, i primi sono meno lucidi ed è scomparsa la scritta LEGO incisa sui perni.

L'erosione dei LEGO in mare causa la scomparsa della scritta incisa sui perni.
Figura 3 – L’erosione dei LEGO in mare causa la scomparsa della scritta incisa sui perni. [Turner et al., 2020]

Molti di questi mattoncini, oltre ad essersi deteriorati, si sono proprio deformati perché meccanicamente più fragili e deboli rispetto ai secondi. Anche la colorazione ha subito dei cambiamenti. I mattoncini di colori accesi, come il rosso, il giallo e il blu tendono a sbiadire mentre quelli bianchi e rossi ad ingiallirsi. Al contrario, i mattoncini neri, grigi e verdi non cambiano colore anche se esposti alle intemperie per molti anni.

Come sono analizzati in laboratorio?

Una volta in laboratorio, i LEGO sono sciacquati sotto l’acqua corrente e spazzolati per eliminare residui organici e inorganici intrappolati o adesi alla loro superficie. I campioni, poi, sono essiccati a 40°C per un’ora e pesati individualmente. Inoltre, sono misurate la larghezza, l’altezza e la densità di ogni mattoncino.

In particolare, le caratteristiche morfologiche superficiali sono analizzate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM). Le caratteristiche chimiche, invece, sono esaminate mediante spettrofotometria di fluorescenza a raggi X (XRF). La resistenza meccanica è determinata mediante test di compressione.

Qual è il contributo degli agenti atmosferici all’erosione dei LEGO in mare?

I mattoncini LEGO svelano quanto resiste la plastica in mare. Infatti, confrontando le coppie di mattoncini si è visto che, restando nell’ambiente marino per qualche decennio, questi perdono tra il 3% e il 40% della loro massa iniziale. Secondo questi dati, i LEGO impiegherebbero dai 100 ai 1300 anni per degradarsi completamente in mare. Queste stime permettono di risalire anche all’aspettativa di vita delle bottiglie di plastica, costituite da polietilene tereftalato (PET) trasparente e spesso solo pochi centimetri. Per queste ultime, la degradazione completa avverrebbe approssimativamente in un centinaio di anni.

I mattoncini più famosi al mondo sono indistruttibili

I mattoncini LEGO sono costituiti da un polimero chiamato ABS, dalle iniziali dei suoi 3 componenti: Acrilonitrile-Butadiene-Stirene. Questo composto è un comune polimero termoplastico, facilmente modellabile aumentando le temperature. Si tratta di un composto utilizzato per la produzione di molti oggetti. Tra questi ci sono alcuni strumenti musicali, come il flauto dolce e il clarinetto, le teste delle mazze da golf, le carrozzerie delle automobili e anche gli inchiostri per i tatuaggi.

Come arrivano i LEGO in mare?

Senz’altro uno scorretto smistamento dei rifiuti contribuisce all’accumulo della plastica e dei LEGO nell’ambiente, oceani compresi. Tuttavia, spesso sono dimenticati o smarriti dai piccoli proprietari durante i loro giochi estivi. Inoltre, sembra che i bambini più piccoli tendano a scaricare nei WC molti piccoli giochi, LEGO compresi, che finiscono così nella rete fognaria e poi in mare. Negli ultimi anni, solo nel Regno Unito sono stati scaricati circa 2 milioni e mezzo di mattoncini LEGO.

Per di più la plastica con cui sono costruiti i LEGO è molto resistente, riciclabile ma non biodegradabile. Il risultato è scontato. I mattoncini più famosi del mondo, una volta raggiunto il mare, si accumulano. Proprio per questo i ricercatori inglesi li hanno utilizzati per capire quanto tempo i rifiuti plastici permangono nell’ambiente marino.

In futuro i LEGO potrebbero essere in bioplastica

L’ABS rende i mattoncini LEGO molto resistenti e brillanti. Tuttavia, non è un materiale biodegradabile. Da questo nasce la necessità di introdurre materiali sostenibili per la loro fabbricazione, come le bioplastiche. Ad oggi solo circa il 2% di ogni singolo mattoncino è costituito da polietilene derivato dalla canna da zucchero. Intanto, l’azienda danese ha investito nella realizzazione di un centro di ricerca, “Lego Sustainable Materials Centre” per studiare come mettere al bando definitamente l’ABS e sostituirlo con bioplastiche entro il 2030. Tuttavia, finora non sono riusciti a realizzare una bioplastica con le stesse caratteristiche dell’ABS capace di sostituirlo completamente. Intanto, la l’azienda produttrice si è impegnata a rendere completamente riciclabile almeno il packaging entro il 2025. Trovare un’alternativa adeguata alla plastica è un’impresa ardua ma necessaria per la salute del nostro pianeta e di conseguenza la nostra.

Tuttavia, l’analisi comparativa dei LEGO svela quanto resiste la plastica in mare. Il confronto tra i mattoncini LEGO accumulati in mare e quelli conservati dai collezionisti ha permesso un ulteriore passo avanti per la comprensione degli effetti dell’inquinamento della plastica in ambienti marini.

Bibliografia:

  • Turner A, Arnold R, Williams T. Weathering and persistence of plastic in the marine environment: Lessons from LEGO. Environ Pollut. 2020 Jul;262:114299. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114299. Epub 2020 Feb 29. PMID: 32163808.

Crediti immagini:

  • Immagine in evidenza: https://pixabay.com/it/photos/lego-multicolore-mattoni-gioco-1124009/
  • Figura 1: Immagine scattata da Elisabetta Cretella
  • Figura 2: Turner et al., 2020
  • Figura 3: Turner et al., 2020
Foto dell'autore

Elisabetta Cretella

Elisabetta Cretella Dopo la laurea magistrale in Genetica e Biologia molecolare conseguita presso l'Università degli Studi di Roma La Sapienza e l'abilitazione alla professione di biologo, si appassiona alla divulgazione scientifica. Consegue il Master in Giornalismo e Comunicazione istituzionale della Scienza presso l'Università degli studi di Ferrara e inizia a scrivere per il webmagazine 'Agenda17' del Laboratorio DOS (Design of Science) dell'Università di Ferrara. Intanto intraprende la strada dell'insegnamento. Ad oggi è docente di Matematica e Scienze presso le Scuole Secondarie di primo grado e di Scienze naturali alle Scuole Secondarie di secondo grado. Nel suo curriculum c'è anche un tirocinio svolto in un laboratorio di ricerca dell'Istituto di Biologia e Patologia molecolare del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IBPM-CNR) e due pubblicazioni su riviste scientifiche peer reviewed.

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