Bioingeniería: hojas de árboles como base para componentes electrónicos
Un equipo de científicos se inspiró en los árboles y sus hojas para desarrollar componentes electrónicos "más verdes".
En busca de ideas para un avance tecnológico más sostenible, un equipo de investigadores encontró una manera de reemplazar las placas de circuito impreso (PCB) tradicionales, ampliamente utilizadas en numerosos dispositivos electrónicos, por una alternativa biodegradable hecha a partir de hojas de árboles.
Objetivo: utilizar los recursos de manera eficiente y evitar la generación de residuos electrónicos
Hace unos días, la revista Science Advances publicó los resultados de este nuevo estudio. Los investigadores han bautizado su descubrimiento como "Leaftronics", una palabra compuesta que combina el término inglés para "hoja" (leaf) y la abreviatura "tronics", que proviene de "electrónica".
El equipo de investigación espera que su enfoque ayude a evitar, o al menos reducir significativamente, las millones de toneladas de residuos electrónicos que la humanidad genera cada año.
Una idea prometedora
Un científico de materiales e ingeniero de la Universidad de Tsinghua, especializado en el desarrollo de electrónica biodegradable pero no involucrado en el estudio, describió los resultados como “bastante emocionantes” y “muy prometedores”.
Los desechos electrónicos están presentes en todas partes y aumentan de forma exponencial debido al desarrollo tecnológico. En 2022, los fabricantes de componentes electrónicos generaron a nivel mundial 62 millones de toneladas de residuos electrónicos. Según estimaciones de la industria, esta cifra aumentará en más del 30 % para 2030.
Este incremento también se debe a que la electrónica moderna suele estar diseñada como productos desechables, explicó Rakesh Nair, ingeniero y postdoctorado en el Instituto de Física Aplicada de la TU Dresden, y uno de los autores del estudio.
Las placas de circuito impreso (PCB), que son las bases donde se montan los componentes electrónicos, representan hasta el 60 % de los residuos electrónicos. Estas placas suelen estar fabricadas con plástico extremadamente resistente o fibra de vidrio enriquecida con epoxi. Este material no es reciclable y constituye el principal problema del desecho electrónico.
Hans Kleemann, físico experimental de la Universidad Técnica de Dresde y asesor de Nair, también destacó este hecho.
Al principio, el equipo de investigación pensó en utilizar papel como sustituto del material en hojas. Lo que resultaba desalentador, sin embargo, era la cantidad de agua y contaminantes que se necesitarían para producir papeles adecuados.
Al observar el gran magnolio cerca de su instituto, Nair encontró una solución obvia al intentar utilizar sus hojas como alternativa .
Las hojas del árbol de magnolia son biodegradables , pero aún lo suficientemente duras como para resistir incluso grandes tormentas . Las hojas obtienen su fuerza de su "esqueleto", una red altamente ramificada de finas resinas hechas de un compuesto similar a la madera llamado lignocelulosa.
Para convertir una hoja de magnolia en material para una placa de circuito, Nair primero la despojó hasta su esqueleto quitando las células de la hoja. Luego llenó los espacios vacíos resultantes en el esqueleto con etilcelulosa, un polímero resistente y biodegradable.
La placa de circuito flexible resultante resistió todo tipo de procesos de fabricación utilizados en electrónica, incluido el corte por láser de formas en las placas, la impresión de circuitos en las propias placas utilizando tintas plateadas comerciales y la soldadura de componentes.
Enfoque orientado a procesos
Nair incluso colocó su hoja de prueba en la máquina de deposición física de vapor de última generación del equipo para crear capas de material para diodos emisores de luz . El resultado fueron diodos emisores de luz basados en “Leaftroncis”.
El sistema no sólo es fácil de cortar, sino que también se puede separar de los componentes aplicados en el lugar correcto . Esto permitió al equipo eliminar los costosos componentes metálicos y del circuito colocando la placa de circuito biodegradable en un baño de ácido ultrasónico. El material de las hojas comenzó a descomponerse en una pila de abono después de sólo un mes.
Los investigadores calcularon que "Leaftronics" también provocaría emisiones mucho menores durante la producción que las placas de circuitos normales. En la imaginación de Nair, una planta de fabricación y reciclaje de productos electrónicos estaría situada junto a un bosque de magnolias. De esta manera, las hojas se recolectarían de forma sostenible, se convertirían en “Leaftronics” y luego se separarían y reciclarían.
Clara Santato , química física del Politécnico de Montreal, ve el proceso como un paso muy útil hacia la electrónica sostenible .
Santato se mostró muy entusiasmada con los caminos presentados por el equipo de Nair, pero también señaló que, en su opinión, una tecnología no será suficiente para resolver los problemas de sostenibilidad de la industria electrónica.
Conclusión
Como ocurre con cualquier tecnología nueva, el mayor desafío será convencer a los fabricantes de productos electrónicos para que prueben el proceso Leaftronics y lo lleven al mercado. Aunque las hojas de magnolia obtuvieron buenos resultados en las pruebas de laboratorio, eso puede no ser suficiente para que los productores cambien.
Debido a su biodegradabilidad, es posible que Leaftronics no cumpla con todos los estándares de la industria.
Los materiales de PCB actuales son prácticamente imbatibles en términos de robustez. Son el claro punto de referencia para las normas actuales sobre componentes electrónicos.
Es posible que [los reguladores] tengan que reducir los requisitos [de estabilidad] en un 5 por ciento para que "Leaftronics" pueda entrar en este mercado, dice Hans Kleemann en Science Advances.
Se trata más bien de la voluntad de la industria de cambiar porque tiene que hacer compromisos ecológicos.
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