Podľa OSN sa recykluje menej ako štvrtina všetkého elektronického odpadu v USA. Len v roku 2021 sa celosvetový objem elektronického odpadu vyšplhal na 57,5 milióna ton a z toho sa recyklovalo len 17,4 %.

Niektorí odborníci predpovedajú, že náš problém s elektronickým odpadom sa bude časom len zhoršovať, pretože väčšina elektroniky na súčasnom trhu je navrhnutá tak, aby sa dala prenášať, a nie plnohodnotne recyklovať. Napríklad tablety a mobilné telefóny sa zostavujú lepením obvodov, čipov a pevných diskov na tenké vrstvy plastu, ktoré sa musia roztaviť, aby sa z nich získali vzácne kovy, ako je meď a zlato. Pri spaľovaní plastov sa do atmosféry uvoľňujú toxické plyny a elektronický odpad na skládkach často obsahuje škodlivé materiály, ako je ortuť, olovo a berýlium.

Teraz však tím výskumníkov z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ministerstva energetiky a Kalifornskej univerzity v Berkeley vyvinul potenciálne riešenie: plne recyklovateľný a biologicky rozložiteľný plošný spoj. Výskumníci tvrdia, že tento pokrok by mohol odkloniť nositeľné zariadenia a inú flexibilnú elektroniku od skládok a zmierniť zdravotné a environmentálne riziká, ktoré predstavuje odpad z ťažkých kovov.

"Pokiaľ ide o plastový elektronický odpad, je ľahké povedať, že sa to nedá vyriešiť, a odísť," povedal hlavný vedúci vedecký pracovník oddelenia materiálových vied Berkeley Lab a profesor chémie a materiálovej vedy a inžinierstva na Kalifornskej univerzite v Berkeley Ting Xu. "Vedci však nachádzajú stále viac dôkazov o významných zdravotných a environmentálnych problémoch spôsobených vyplavovaním elektronického odpadu do pôdy a podzemných vôd. Touto štúdiou ukazujeme, že aj keď sa zatiaľ nedá vyriešiť celý problém, dá sa riešiť aspoň problém opätovného získavania ťažkých kovov bez ďalšieho znečistenia životného prostredia."

Využitie enzýmov v praxi

V predchádzajúcej štúdii v časopise Nature, Ting Xu a jeho tím demonštrovali biologicky rozložiteľný plastový materiál s vloženými purifikovanými enzýmami, ako je Burkholderia cepacian lipáza (BC-lipáza). Vďaka tejto práci zistili, že horúca voda aktivuje BC-lipázu, čím enzým podnecuje k rozkladu polymérnych reťazcov na monomérne stavebné bloky. Zistili tiež, že BC-lipáza je vyberavý "jedák". Predtým, ako môže lipáza premeniť polymérny reťazec na monoméry, musí najprv zachytiť koniec polymérneho reťazca. Riadením toho, kedy lipáza nájde koniec reťazca, je možné zabezpečiť, aby sa materiály nerozkladali, kým voda nedosiahne určitú teplotu.

V rámci aktuálnej štúdie Ting Xu a jeho tím tento proces ešte viac zjednodušili. Namiesto drahých purifikovaných enzýmov sa v biologicky odbúrateľných tlačených obvodoch spoliehajú na lacnejšie "koktaily" z BC lipázy, ktoré sú pripravené na použitie, čo výrazne znižuje náklady a uľahčuje vstup tlačených obvodov do masovej výroby, uviedol Ting Xu.

Výskumníci tým pokročili v technológii, čo im umožnilo vyvinúť tlačiteľný "vodivý atrament" zložený z biologicky rozložiteľných polyesterových spojív, vodivých plnív, ako sú strieborné vločky alebo sadze, a komerčne dostupných kokteilov enzýmov. Atrament získava elektrickú vodivosť vďaka časticiam striebra alebo sadzí a biologicky rozložiteľné polyesterové spojivá fungujú ako lepidlo.

Výskumníci dodali komerčnej 3D tlačiarni vodivý atrament na tlač vzorov obvodov na rôzne povrchy, ako je tvrdý biologicky rozložiteľný plast, pružný biologicky rozložiteľný plast a tkanina. Tým sa dokázalo, že atrament priľne k rôznym materiálom a po zaschnutí vytvorí integrované zariadenie.

Na otestovanie trvanlivosti a odolnosti vedci uložili tlačený obvod na sedem mesiacov do laboratórnej zásuvky bez kontrolovanej vlhkosti a teploty. Po vytiahnutí obvodu z úložiska výskumníci na mesiac pripojili na zariadenie nepretržité elektrické napätie a zistili, že obvod viedol elektrickú energiu rovnako dobre ako pred uskladnením.

Potom výskumníci otestovali recyklovateľnosť zariadenia ponorením do teplej vody. V priebehu 72 hodín sa materiály obvodu rozložili na svoje zložky - častice striebra sa úplne oddelili od polymérnych spojív a polyméry sa rozpadli na opätovne použiteľné monoméry, čo výskumníkom umožnilo ľahko získať kovy bez ďalšieho spracovania. Na konci tohto experimentu zistili, že približne 94 % častíc striebra možno recyklovať a opätovne použiť s podobným výkonom zariadenia.

To, že degradovateľnosť obvodu pokračovala aj po 30 dňoch prevádzky, výskumníkov prekvapilo, čo naznačuje, že enzýmy boli stále aktívne. "Boli sme prekvapení, že enzýmy 'žili' tak dlho. Enzýmy nie sú navrhnuté tak, aby fungovali v elektrickom poli,".

Ting Xu pripisuje životnosť fungujúcich enzýmov molekulárnej štruktúre biologicky odbúrateľného plastu. Vo svojej predchádzajúcej štúdii vedci zistili, že pridanie ochrannej látky enzýmov nazývanej náhodný heteropolymér alebo RHP pomáha rozptýliť enzýmy v zmesi v zhlukoch s veľkosťou niekoľkých nanometrov (miliardtín metra). Tým sa v plaste vytvorí bezpečné miesto pre enzýmy, kde môžu odpočívať, kým nebudú vyzvané k činnosti.

Tento obvod je tiež sľubný ako udržateľná alternatíva k jednorazovým plastom používaným v prechodnej elektronike - zariadeniach, ako sú biomedicínske implantáty alebo environmentálne senzory, ktoré sa po určitom čase rozpadnú, uviedol výskumník Junpyo Kwon, doktorand zo skupiny Xu na UC Berkeley.

Teraz, keď sa im podarilo demonštrovať biologicky rozložiteľný a recyklovateľný tlačený obvod, chce Ting Xu demonštrovať tlačiteľný, recyklovateľný a biologicky rozložiteľný mikročip. "Vzhľadom na to, aké sú dnes čipy sofistikované, to určite nebude jednoduché. Musíme sa však pokúsiť vydať zo seba to najlepšie,".

Zdroj : Eletimes