Електроника от дървесина и хартия намалява е-боклука

Изследователи от ЕС разработват по-екологосъобразни датчици, платки и други електронни устройства с цел да намалят високите равнища на електронни отпадъци, които не са устойчиви.

От Майкъл Ален

В стремежа си да разработи екологосъобразна електроника, например датчици и платки, д-р Валерио Бени е тръгнал по следите на хартията съвсем буквално.

Бени е експерт по екологосъобразна химия към шведския изследователски институт RISE. Наскоро сменя фокуса, като го поставя върху дървесината от пулп, в опит да създаде електронни устройства за крайния потребител, които нямат въглероден отпечатък и се рециклират по-лесно.

Вдън горите

С колегите си той открива, че за да се произведе пулп и после той да се превърне в хартия за едно ново поколение електроника, се изисква твърде много енергия, а това не е така екологосъобразно, както те са се надявали.

Бени споделя: „Така че си казахме… защо не се върнем една крачка назад и не използваме материала, от който се прави хартията? Става въпрос за дървесината”.

Той ръководи изследователски проект, получил финансиране от ЕС, за да проучи начини за изработване на електроника за крайния потребител от материали на основата на дървесина.

Проектът се казва HyPELignum и е с продължителност четири години (до септември 2026 г.). По него си сътрудничат изследователски институти, университет и представители на сектора от Австрия, Нидерландия, Словения и Испания.

Жизненият цикъл на съвременната електроника не е устойчив. В допълнение към енергията и суровините, необходими за производството ѝ, джаджите водят до купища отпадъци, след като се изхвърлят.

През 2022 г. по света са произведени рекордните 62 милиарда тона електронни отпадъци, т.е. по 7,8 кг на човек. В Европа са произведени общо 17,6 милиарда тона — повече отколкото във всеки друг регион по данни на ООН.

Количеството на тези отпадъци в световен мащаб почти се е удвоило спрямо данните за 2010 г. (34 милиарда тона) и се очаква да достигне 82 милиарда тона до 2030 г.

Освен че се увеличават бързо, според ООН електронните отпадъци са и трудни за управление. През 2022 г. едва една пета от тях са рециклирани в световен мащаб, макар и Европа да се справя по-добре (с около 43% рециклирани).

По-добри платки

Платките представляват основната част от електронните отпадъци. Според Бени, до 60% от въздействието на електрониката върху околната среда се дължи на платките от различните устройства.

Платките представляват матрици, организирани на слоеве и състоящи се от множество материали. Обикновено това са смоли, пластмаси и мед, като всичките са трудни за рециклиране. Те имат специални каналчета, в които се полагат метални вериги, към които могат да се запояват електронни компоненти.

С цел да предложи алтернатива, екипът на HyPELignum разработва два вида платки от дървесина.

Едната е направена от тънки слоеве дървесина и донякъде прилича на шперплат. Другата е на основата на влакна целулоза, извлечена от дървесина и дървени отпадъци.

Бени казва, че „Идеята е да се опитаме да заменим някои от материалите с висок въглероден интензитет, ползвани в електрониката, с материали с нисък такъв”.

Веригите се печатат върху платките от дървесина, а не се полагат в каналчета. Ползват се проводими метални мастила, разработени в рамките на проекта. Тези мастила също съдържат целулоза и пластмаси на екологична основа, произведени от дървесина.

Очаква се в края на жизнения си цикъл платките от дървесина да са по-лесни за рециклиране от традиционните. Може дори да стане възможно да се компостират.

Нови слоеве

Ключово предизвикателство при рециклирането на електроника е разделянето на компонентите от платката.

За да се справят с това, изследователите от HyPELignum разработват слоеве, които се разграждат при висока температура и при определени химически условия, които могат да се поставят между дървесината и отпечатаните вериги.

Когато тези слоеве се унищожат в края на жизнения цикъл на даден продукт, веригите и електрическите компоненти се отделят от дървесината. След това платката от дървесина и предимно металните вериги и компоненти могат да се рециклират поотделно.

Освен това разградимите слоеве също са на основата на дървесина. Проектът ги произвежда, като ползва лигнин, извлечен от дървени отпадъци.

Според Бени една такава „екологосъобразна химия” води до много по-ниски емисии на въглероден диоксид (CO2), тъй като се ползват биогенни материали, които са възобновяеми за разлика от изкопаемите горива.

„Дървесината и биогенните материали са почти неутрални, що се отнася до въздействието под формата на CO2”, посочва той. „Те поглъщат CO2, за да растат и после отделят същия CO2, когато се ползват”.

Все повече и повече

Все по-голямото желание на световното население да ползва цифрови услуги е в основата на необходимостта от по-екологосъобразни варианти. Това твърди д-р Корне Рентроп, експерт по електроника и устойчиво производство към нидерландската изследователска организация TNO.

„Искаме повече данни, искаме по-голяма свързаност, искаме да имаме интернет навсякъде и количеството на електрониката, за да се постигне това, постоянно нараства”, казва Рентроп.

Същевременно експлоатационният живот на електрониката се скъсява.

„Замислете се за електронните си устройства. Те издържат по четири-пет години”, обяснява той. „В най-общи линии за това говорим”.

Рентроп ръководи проект, финансиран от ЕС, който има за цел да намали въглеродния отпечатък при производството на електроника и да подобри рециклирането.

Проектът се казва ECOTRON и е с продължителност четири години (до август 2026 г.), а участниците в него са широк набор и идват от Белгия, Чехия, Финландия, Франция, Италия, Нидерландия и Испания.

Гъвкави листове

Подобно на екипа на HyPELignum и този на ECOTRON цели да замени традиционните платки с такива от възобновяеми материали.

„Можем да постигнем по-голяма устойчивост, тъй като процесът изисква по-малко енергия от производството на стандартните платки”, споделя Рентроп.

Вместо от дървесина обаче с екипа си той създава гъвкави листове от материали като пластмаси на екологична основа и хартия.

В края на живота си платките от такива пластмаси могат да се стопят и рециклират, а вероятно дори и да се компостират.

„Би било чудесно електрониката да може да се компостира”, казва Рентроп. „Хартията, разбира се, може да се компостира, но мастилата и електрическите компоненти не могат”.

С цел да се справят с тази пречка от екипа разработват връзки, които могат да се премахват и при задействане освобождават електрическите компоненти.

Разработки за дружества

Изследователите от ECOTRON тръгват от съществуващи продукти и действат в посока това да ги заменят с по-устойчива електроника.

Финландската компания Polar Electro, която произвежда устройства за следене на фитнес и лекоатлетически упражнения, се е включила в усилията по създаване на лента за гръден кош за измерване на сърдечната честота.

Рентроп обяснява, че проектът цели да се замени съществуваща лента за гръден кош на Polar Electro с вариант на екологична основа, който да е с подобна ефективност.

В сътрудничество с фармацевтичното дружество Johnson & Johnson екипът разработва интелигентни лепенки, които поддържат данни за температурата, за целите на пакетите от ваксини.

Здравните специалисти, слагащи ваксини, могат да проверяват тези данни за температурата, като използват устройство, побиращо се в ръката, например смартфон, за да се уверят, че всяка доза е съхранявана по правилния начин.

В този случай изследователите работят с хартия и създават устройства, които могат да се рециклират.

„Разработваме електронно устройство, което се счита за хартия”, обяснява Рентроп. „Това представлява рециклиране още на етапа на проектирането”.

Изследванията в тази статия са финансирани от програма „Хоризонт” на ЕС. Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия. Тази статия е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.