Parece que cada pocos meses hay un nuevo teléfono celular, computadora portátil o tableta que es tan emocionante que la gente se alinea alrededor de la cuadra para tenerlo en sus manos. Mientras que la introducción perpetua de nuevos, la electrónica un poco más avanzada ha hecho que empresas como Apple tengan un gran éxito, la corta vida útil de estos productos electrónicos es perjudicial para el medio ambiente.

La electrónica moderna está llena de placas de circuito en las que se sueldan varios metales y plásticos. Algunos de estos materiales son tóxicos o se descomponen en sustancias tóxicas. Se están realizando esfuerzos para impulsar el reciclaje de desechos electrónicos, recuperando materiales susceptibles de ser reutilizados y desechando adecuadamente el resto. Pero la mayoría de los dispositivos terminan sumados a las crecientes pilas de desechos electrónicos en los vertederos.

En lugar de agregar más basura a estas pilas cada vez mayores, existe la oportunidad de crear productos electrónicos que sean biodegradables. Es por eso que otros investigadores y yo buscamos el campo emergente de la electrónica basada en papel, conocido como "papertrónica". Son flexibles, incluso plegables, sostenibles, amigable con el medio ambiente y de bajo costo.

Pero para ser verdaderamente ecológico, papertronics no puede usar baterías tradicionales, que están hechos de metales y ácidos cáusticos, para almacenar y descargar electricidad. Recientemente, mi colega químico Omowunmi Sadik y yo desarrollamos una batería de papel que es reciclable y biodegradable, así como lo suficientemente confiable como para usarlo realmente. La clave son las bacterias.

Biobaterías flexibles

He desarrollado baterías flexibles, baterías alimentadas por saliva y más. Pensé que cuando buscaba alimentar dispositivos electrónicos basados ​​en papel, tenía sentido intentar hacer una batería con papel. Afortunadamente, el papel es un buen material de batería potencial:es flexible, un buen aislante, lo que lo convierte en una buena plataforma para montar componentes electrónicos, y absorbe y libera fluidos fácilmente. Agregamos polímeros - poli (ácido ámico) y poli (dianhídrido piromelítico-p-fenilendiamina) - para mejorar esas características eléctricas.

Luego, para almacenar energía en la batería, en lugar de los metales y ácidos que reaccionan químicamente para generar electrones, agregamos bacterias. Cuando estas baterías finalmente se comercialicen, utilizarán bacterias que sean seguras para los seres humanos y el medio ambiente y que estén bien contenidas para reducir cualquier otra contaminación.

Debido a que el papel es áspero y poroso, las bacterias se adhieren a él, y generan su propia energía al descomponer casi cualquier material orgánico disponible, incluyendo material vegetal o aguas residuales. En este momento, estamos preempaquetando material de origen, pero también podría provenir del medio ambiente. Esta reacción química produce electrones. Normalmente en una reacción bacteriana, esos electrones se unirían con el oxígeno, pero hemos construido nuestra batería para limitar el oxígeno y sustituir un electrodo, lo que significa que podemos capturar el flujo de electrones y usarlo para alimentar dispositivos.

Nos preocupaba que el oxígeno pudiera entrar en el papel e interrumpir el flujo de electrones entre las bacterias, disminuyendo la eficiencia de la batería. Descubrimos que mientras eso sucede, tiene efectos mínimos. Eso es porque muchas células bacterianas están muy unidas a las fibras del papel; forman una biopelícula multicapa que protege la reacción química de la mayor parte del oxígeno.

También queríamos una batería que pudiera biodegradarse. Las bacterias de la propia batería, una vez que terminan de liberar energía, puede descomponer el papel y los polímeros en componentes inofensivos. En agua, nuestra batería se biodegrada fácilmente, sin ningún equipo especial u otros microorganismos para ayudar en la descomposición.

Las estructuras de papel polimérico son ligeras, económico y flexible. Esa flexibilidad también permite que las baterías se doblen como una hoja de papel normal, o apilarse uno encima del otro. Eso permite que entre más energía de la batería en espacios más pequeños.

Promesas y oportunidades

Papertronics puede ser particularmente útil en áreas remotas con recursos limitados porque están alimentados por bacterias que pueden habitar incluso las condiciones más extremas y descomponer casi cualquier material para producir electrones. No necesitan una red eléctrica bien establecida, cualquiera. Además, aunque las baterías de papel están diseñadas para ser desechables después de su uso, sus materiales son reciclables y se pueden crear nuevas baterías a partir de papel reciclado.

Tan revolucionarias como son las baterías biológicas de papel para los dispositivos electrónicos del futuro, son bastante sencillos de hacer. Los polímeros y las bacterias se pueden mezclar con papel en los procesos de fabricación tradicionales. incluida la impresión de rollo a rollo y la serigrafía, o incluso pintarse o verterse directamente sobre papel.

También se pueden agregar otros materiales a las baterías de papel, como metales, semiconductores, aislantes y nanopartículas. Estas y otras sustancias pueden agregar más propiedades y capacidades a los dispositivos basados ​​en papel, abriendo nuevas puertas para la próxima generación de electrónica.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.