O echipă de cercetători lucrează la o tehnologie cu adevărat ecologică: au găsit o modalitate de a înlocui circuitele imprimate convenționale cu o alternativă biodegradabilă pe bază de frunze. Conform unui studiu recent publicat în Science Advances , "electronica din frunze" ar putea contribui la reducerea zecilor de milioane de tone de deșeuri electronice produse de omenire în fiecare an.
Deșeurile electronice sunt omniprezente și se acumulează rapid. În 2022, producătorii au generat 62 milioane tone de deșeuri electronice. Și se așteaptă ca acest număr să crească cu peste 30% până în 2030, deoarece aceste soluții sunt concepute pentru a fi de unică folosință, spune Rakesh Nair, cercetător postdoctoral și inginer la Institutul de Fizică Aplicată al Universității de Tehnologie din Dresda (TU Dresden). "Am putea folosi aceste dispozitive 10, 20 sau chiar 30 ani, dar le aruncăm în mod deliberat ca să facem loc pentru noul model", spune Nair.
Plăcile de circuite reprezintă 60% din deșeurile electronice. Plăcile de circuite imprimate sunt de obicei fabricate din plastic sau fibră de sticlă impregnate cu epoxid, extrem de dure, un substrat nereciclabil care creează problema primară, spune Hans Kleemann, fizician experimental la Universitatea din Dresda și consilier postdoctoral al lui Nair. Ceea ce împiedică procese importante precum reciclarea și reutilizarea componentelor. Prin urmare, Kleemann, Nair și colegii săi au început să caute o alternativă mai ecologică.
Nair s-a gândit mai întâi să folosească hârtie pentru aceste circuite, dar cantitatea de apă și poluanții necesari pentru producerea acesteia l-au descurajat. Într-o zi, în timp ce se uita la un arbore de magnolie din apropierea institutului său, a avut o altă idee: ce-ar fi dacă ar folosi frunze în loc de hârtie?
Biodegradabile și rezistente chiar și la uragane, forța frunzelor provine din "scheletul" lor, o rețea cu nervuri fine, foarte ramificată, alcătuită dintr-un compus lemnos numit lignoceluloză. Pentru a crea un circuit dintr-o frunză de magnolie, Nair a eliminând chimic celulele frunzei, lăsând doar scheletul fibros. Apoi a umplut spațiile cu etilceluloză, un polimer rezistent și biodegradabil. Foaia flexibilă rezultată a rezistat la toate tipurile de procese de fabricație electronică, inclusiv tăierea cu laser a foilor, imprimarea circuitelor s-a făcut cu argint disponibil în comerț, și a lipit componentele pe acestea.
Nair chiar a pus o placă imprimată în aparatul PVD de ultimă generație al echipei, și a folosit-o pentru a produce un LED organic. A raportat acest test lui Kleeman doar după ce l-a testat cu succes, deoarece aparatul scump ar putea fi deteriorat de noul material. Produsul lui Nair nu numai că funcționează bine, dar este ușor și de reciclat. Metalele și alte componente de circuit pot fi îndepărtate de pe bază într-o baie de acid, iar foile în sine încep să se degradeze după o lună dacă sunt compostate.
Cercetătorii au calculat că noua metodă poate să reducă poluarea la un nivel mult mai scăzut decât cele uzuale. Nair are în vedere o fabrică de fabricare și reciclare a electronicelor lângă păduri, astfel încât frunzele să poată fi recoltate, modelate și apoi reciclate sau degradate într-un mod sustenabil.
Acesta este un pas important către electronica durabilă, spune Clara Santato, chimist fizic la Politehnica din Montreal. Majoritatea cercetătorilor din domeniul electronicii ecologice caută alternative la materialele rare și scumpe utilizate în circuitele electronice, astfel încât Santato spune că este deosebit de pozitiv faptul că Nair și echipa sa au vizat acest produs. Cu toate acestea, el remarcă faptul că o singură tehnologie nu va fi suficientă pentru a rezolva problemele de sustenabilitate ale industriei electronice. "O problemă globală va necesita mai mult decât un singur răspuns", spune el.
Ca în cazul oricărei tehnologii noi, cea mai mare provocare va fi probabil convingerea producătorilor să adopte dezvoltarea. Deși materialele au avut rezultate bune în testele de laborator, este posibil ca acest lucru să nu fie suficient pentru a convinge majoritatea să treacă la acest tip de materiale. Și tocmai din cauza biodegradabilității sale, este puțin probabil ca produsele electronice din frunze să îndeplinească anumite standarde industriale.
Materialele PCB actuale sunt practic imbatabile în ceea ce privește robustețea și sunt punctul de referință pentru reglementările actuale privind componentele electronice, notează Kleeman. "Este posibil ca autoritățile de reglementare să fie nevoite să coboare ștacheta pentru robustețe cu 5% pentru a ne permite să intrăm pe această piață", spune el. "Este vorba mai ales de dorința industriei de a se schimba."
