Según las Naciones Unidas, menos de una cuarta parte de todos los desechos electrónicos de EE. UU. se reciclan. Solo en 2021, los desechos electrónicos globales aumentaron a 57,5 ​​millones de toneladas, y solo el 17,4% de eso se recicló.

Algunos expertos predicen que nuestro problema de desechos electrónicos solo empeorará con el tiempo, porque la mayoría de los productos electrónicos en el mercado hoy en día están diseñados para la portabilidad, no para el reciclaje. Las tabletas y los lectores, por ejemplo, se ensamblan pegando circuitos, chips y discos duros a finas capas de plástico, que deben fundirse para extraer metales preciosos como el cobre y el oro. La quema de plástico libera gases tóxicos a la atmósfera, y los productos electrónicos que se desperdician en los vertederos a menudo contienen materiales nocivos como mercurio, plomo y berilio.

Pero ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y UC Berkeley han desarrollado una posible solución:un circuito impreso totalmente reciclable y biodegradable. Los investigadores, que informaron sobre el nuevo dispositivo en la revista Advanced Materials , dicen que el avance podría desviar los dispositivos portátiles y otros dispositivos electrónicos flexibles del vertedero, y mitigar los riesgos para la salud y el medio ambiente que plantean los desechos de metales pesados.

"Cuando se trata de desechos electrónicos plásticos, es fácil decir que es imposible de resolver y alejarse", dijo el autor principal Ting Xu, científico principal de la facultad en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y profesor de química y ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley. "Sin embargo, los científicos están encontrando más evidencia de preocupaciones importantes sobre la salud y el medio ambiente causadas por la filtración de desechos electrónicos en el suelo y las aguas subterráneas. Con este estudio, estamos demostrando que, aunque todavía no se puede resolver todo el problema, al menos se puede abordar el problema de la recuperación de metales pesados ​​sin contaminar el medio ambiente".

Poniendo las enzimas a trabajar

En una Naturaleza anterior En el estudio, Xu y su equipo demostraron un material plástico biodegradable incrustado con enzimas purificadas como la lipasa de Burkholderia cepacian (BC-lipasa). A través de ese trabajo, descubrieron que el agua caliente activa la BC-lipasa, lo que hace que la enzima degrade las cadenas de polímeros en bloques de construcción de monómeros. También aprendieron que la BC-lipasa es un "comedor" quisquilloso. Antes de que una lipasa pueda convertir una cadena polimérica en monómeros, primero debe atrapar el final de una cadena polimérica. Al controlar cuándo la lipasa encuentra el final de la cadena, es posible garantizar que los materiales no se degraden hasta que el agua alcance una determinada temperatura.

Para el estudio actual, Xu y su equipo simplificaron aún más el proceso. En lugar de costosas enzimas purificadas, los circuitos impresos biodegradables se basan en "cócteles" de lipasa BC más baratos y listos para almacenar. Esto reduce significativamente los costos, lo que facilita la entrada del circuito impreso en la fabricación en masa, dijo Xu.

Al hacerlo, los investigadores avanzaron en la tecnología, lo que les permitió desarrollar una "tinta conductora" imprimible compuesta de aglutinantes de poliéster biodegradables, rellenos conductores como escamas de plata o negro de humo y cócteles de enzimas disponibles comercialmente. La tinta obtiene su conductividad eléctrica de las partículas de plata o negro de humo, y los aglutinantes de poliéster biodegradables actúan como pegamento.

Los investigadores suministraron una impresora 3D comercial con la tinta conductora para imprimir patrones de circuitos en varias superficies, como plástico biodegradable duro, plástico biodegradable flexible y tela. Esto demostró que la tinta se adhiere a una variedad de materiales y forma un dispositivo integrado una vez que la tinta se seca.

Para probar su vida útil y durabilidad, los investigadores almacenaron un circuito impreso en un cajón de laboratorio sin humedad ni temperatura controladas durante siete meses. Después de sacar el circuito del almacenamiento, los investigadores aplicaron voltaje eléctrico continuo al dispositivo durante un mes y descubrieron que el circuito conducía la electricidad tan bien como antes del almacenamiento.

A continuación, los investigadores pusieron a prueba la reciclabilidad del dispositivo sumergiéndolo en agua tibia. En 72 horas, los materiales del circuito se degradaron en sus partes constituyentes:las partículas de plata se separaron por completo de los aglutinantes de polímeros y los polímeros se descompusieron en monómeros reutilizables, lo que permitió a los investigadores recuperar fácilmente los metales sin procesamiento adicional. Al final de este experimento, determinaron que aproximadamente el 94 % de las partículas de plata se pueden reciclar y reutilizar con un rendimiento similar del dispositivo.

Que la degradabilidad del circuito continuara después de 30 días de operación sorprendió a los investigadores, lo que sugiere que las enzimas todavía estaban activas. "Nos sorprendió que las enzimas 'vivieran' durante tanto tiempo. Las enzimas no están diseñadas para funcionar en un campo eléctrico", dijo Xu.

Xu atribuye la longevidad de las enzimas de trabajo a la estructura molecular del plástico biodegradable. En su estudio anterior, los investigadores aprendieron que agregar un protector de enzimas llamado heteropolímero aleatorio, o RHP, ayuda a dispersar las enzimas dentro de la mezcla en grupos de unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro) de tamaño. Esto crea un lugar seguro en el plástico para que las enzimas permanezcan inactivas hasta que sean llamadas a la acción.

El circuito también se muestra prometedor como una alternativa sostenible a los plásticos de un solo uso utilizados en dispositivos electrónicos transitorios, como implantes biomédicos o sensores ambientales que se desintegran durante un período de tiempo, dijo el autor principal Junpyo Kwon, Ph.D. estudiante investigador del Grupo Xu en UC Berkeley.

Ahora que han demostrado un circuito impreso biodegradable y reciclable, Xu quiere demostrar un microchip imprimible, reciclable y biodegradable.

"Dado lo sofisticados que son los chips hoy en día, esto ciertamente no será fácil. Pero tenemos que intentar dar lo mejor de nosotros", dijo. + Explora más

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