Urban dust advanced characterization in Turin: a focus on microplastics

The increasing adoption of zero-emission electric vehicles is revolutionizing the composition and dispersion of particulate matter in urban areas. Specifically, there is a significant rise in non-combustion derived particles, raising environmental and public health concerns. These particles, originating from vehicle components, are influenced by various factors such as vehicle weight, speed, road type, and brake material, with electric vehicles having a significant impact due to their heavier weight. Microplastics from tire wear emerge as a crucial area of interest among non-combustion derived particles, with many research questions still open. Various types of microplastics are found covered with mineralized encrustations, potentially altering their interaction with the environment or biosphere. Moreover, these particles can transport hazardous elements, facilitated by mechanisms like metal adsorption onto their surfaces and mineral-based encrustation processes. The particle sizes, especially around 100 µm, make them particularly susceptible to environmental transport and exposure, posing risks through inhalation, ingestion, or skin contact. The thesis aims to establish correlations between traffic intensity, land use, and exposure levels in urban areas of Turin using advanced analytical techniques. The combined use of techniques such as PXRD, Raman, SEM, and TEM allows for the characterization of urban particulate matter. Correlations between land use and particle composition are evident, as seen in industrial sites like FCA Italy involved in the automotive sector, where Os particles used in tire production were found in road dust. Comparisons of different particle types align with traffic patterns, indicating higher concentrations in heavily trafficked areas, particularly where heavy vehicles predominate. Experimental evidence confirms mineral encrustation and material adsorption on the surface of plastic particles through SEM morphological analyses, supported by Raman spectroscopy. TEM analyses offer a more detailed view of fine components of road dust, confirming the presence of metals like iron in the finer fraction of particulate matter. However, distinguishing between organic and plastic-based materials remains a challenge, suggesting the importance of advanced techniques like Dual EELS and protocol development to ensure accurate data interpretation.

L'adozione crescente dei veicoli elettrici a zero emissioni sta rivoluzionando la composizione e la diffusione del particolato nelle aree urbane. In particolare, si osserva un significativo aumento delle particelle non derivate dalla combustione, suscitando preoccupazioni ambientali e per la salute pubblica. Queste particelle, originate dalle componenti dei veicoli, sono influenzate da vari fattori come il peso del veicolo, la velocità, il tipo di strada e il materiale dei freni, con le auto elettriche che, a causa del loro maggiore peso, hanno un impatto significativo. Le microplastiche provenienti dall'usura degli pneumatici rappresentano un ambito di interesse cruciale tra le particelle non derivate dalla combustione, con molte questioni di ricerca ancora aperte. Diversi tipi di microplastiche sono trovati ricoperti da incrostazioni mineralizzate, il che potrebbe alterare la loro interazione con l'ambiente o la biosfera. Inoltre, queste particelle possono trasportare elementi pericolosi, facilitati da meccanismi come l'adsorbimento di metalli sulla loro superficie e i processi di incrostazione basati su minerali. Le dimensioni delle particelle, specialmente intorno ai 100 µm, le rendono particolarmente suscettibili al trasporto e all'esposizione ambientale, comportando rischi attraverso l'inalazione, l'ingestione o il contatto cutaneo. La tesi si propone di stabilire correlazioni tra l'intensità del traffico, l'uso del suolo e i livelli di esposizione nelle aree urbane di Torino mediante tecniche analitiche avanzate. L'utilizzo combinato di tecniche come PXRD, Raman, SEM e TEM permette di caratterizzare il particolato urbano. Sono state riscontrate correlazioni tra l'uso del suolo e la composizione delle particelle, come ad esempio nel sito industriale FCA Italy impegnato nel settore automobilistico. Nella polvere stradale è stata riscontrata la resenza di Os, utilizzato nella produzione di pneumatici. Il confronto tra i diversi tipi di particelle si allinea ai modelli di traffico, evidenziando concentrazioni più elevate in aree ad alto traffico, soprattutto dove prevalgono veicoli pesanti. Le prove sperimentali confermano l'incrostazione minerale e l'adsorbimento di materiali sulla superficie delle particelle di plastica attraverso analisi morfologiche SEM, supportate dalla spettroscopia Raman. Le analisi TEM offrono una visione più dettagliata delle componenti fini della polvere stradale, confermando la presenza di metalli come il ferro nella porzione più fine del particolato. Tuttavia, la distinzione tra materiali organici e a base di plastica rimane una sfida, suggerendo l'importanza di tecniche avanzate come la Dual EELS e lo sviluppo di protocolli per garantire un'interpretazione accurata dei dati. Lo studio sottolinea l'importanza di soluzioni innovative per mitigare le emissioni veicolari e l'inquinamento da particolato, promuovendo ambienti urbani più sani e sostenibili per le generazioni future.