Egy kutatócsoport igazi zöld technológiai fejlesztésen dolgozik: megtalálták a módját annak, hogy a hagyományos nyomtatott áramköri lapokat egy falevelekből készült, biológiailag lebomló alternatívával helyettesítsék. A Science Advances című szaklapban nemrégiben megjelent tanulmány szerint a „levélelektronika” segíthet csökkenteni az emberiség által évente termelt több tízmillió tonna elektronikai hulladékot, azaz e-hulladékot.

Az elektronikai hulladék mindenütt jelen van, és gyorsan halmozódik. A gyártók 2022-ben világszerte 62 millió tonna e-hulladékot termeltek. És ez a szám 2030-ra várhatóan több mint 30%-kal fog növekedni, mivel a modern elektronikai eszközöket úgy tervezték, hogy eldobhatók legyenek, mondja Rakesh Nair, a Drezdai Műszaki Egyetem (TU Dresden) Alkalmazott Fizikai Intézetének posztdoktori kutatója és mérnöke. „Könnyedén készíthetnénk olyan elektronikát, amely 10 vagy 20, 30 évig bírja, de szándékosan úgy gyártjuk le, hogy mindenki az új modellt vásárolja meg” – mondja Nair.

Az áramköri lapok az e-hulladék 60%-át teszik ki. A nyomtatott áramköri lapok jellemzően epoxival átitatott, rendkívül kemény műanyagból vagy üvegszálas anyagból készülnek, egy újrahasznosíthatatlan hordozóból, amely a probléma gyökerét adja, mondja Hans Kleemann, a Drezdai Egyetem kísérleti fizikusa és Nair posztdoktori tanácsadója. Ami megakadályozza az olyan fontos folyamatokat, mint az újrahasznosítás és az alkatrészek újrafelhasználása. Kleemann, Nair és kollégái ezért zöldebb alternatívát kezdtek keresni.

Nair először arra gondolt, hogy papírt használ a lapokhoz, de az annak előállításához szükséges víz és szennyező anyagok mennyisége miatt elállt ettől. Egy nap, amikor az intézete közelében lévő nagy magnóliafát nézegette, eszébe jutott egy másik ötlet: mi lenne, ha papír helyett a leveleket is használnák?

A biológiailag lebomló, de akár hurrikánoknak is ellenállni képes levelek erejét a „vázuk” adja, amely a lignocellulóz nevű fás vegyületből álló, finom erezetű, erősen elágazó hálózat. Ahhoz, hogy a magnólia leveléből áramköri lapot készítsen, Nair először a vázig lecsupaszította azt, kémiai úton eltávolítva a levél sejtjeit. Ezután a váz lyukait etilcellulózzal, egy kemény, biológiailag lebomló polimerrel töltötte ki. Az így kapott rugalmas lap ellenállt mindenféle elektronikai gyártási folyamatnak, beleértve a lapok lézerrel történő vágását, az áramkörök nyomtatását a lapok tetejére kereskedelmi forgalomban használt ezüst tintával, valamint az alkatrészek ráforrasztását is.

Nair egy lapot még a csapat legkorszerűbb PVD-gépébe is belerakott, és organikus LED-et készített belőle. Erről a tesztről csak a siker után számolt be Kleemannak, mert elképzelhető volt, hogy a drága gépet megrongálja az új anyag. Nair levélelektronikája nemcsak jól teljesít, hanem könnyen is bontható. Savas fürdőben leválaszthatók az alapról a fémek és az egyéb áramköri alkatrészek, maguk a lapok pedig komposztálva egy hónap után elkezdtek lebomlani.

A kutatók számításai szerint az új módszerrel a gyártás során sokkal a károsanyag-kibocsátás is csökkenthető a hagyományos lapok előállításához képest. Nair egy olyan elektronikai gyártó- és újrahasznosító üzemeket képzel el, amelyek ipari feldolgozásra szánt erdők mellé kerülnek, így a leveleket fenntartható módon lehetne betakarítani, alakítani, majd újrahasznosítani vagy lebontani.

Ez egy jelentős lépés a fenntartható elektronika felé, mondja Clara Santato, a Montréal Polytechnic fizikai kémikusa, aki a fenntartható organikus elektronikát tanulmányozza. A legtöbb kutató a zöld elektronika területén az elektronikus áramkörökben használt ritka és drága anyagok alternatíváit keresi, ezért Santato szerint külön pozitív, hogy Nairt és a csapata inkább az áramköri lapot célozták meg. Megjegyzi azonban, hogy egyetlen technológia nem lesz elég az elektronikai ipar fenntarthatósági problémáinak megoldására. „Egy globális problémára nem csak egy válaszra lesz szükség” – mondja.

Mint minden új technológia esetében, a legnagyobb kihívást valószínűleg az jelenti majd, hogy meggyőzzék a gyártókat a fejlesztés bevezetéséről. Bár az anyagok jól teljesítettek a laborteszteken, ez nem biztos, hogy elég ahhoz, hogy a többséget rávegye az átállásra. És éppen biológiai lebonthatósága miatt a levélelektronika valószínűleg nem fog megfelelni bizonyos ipari szabványoknak.

A jelenlegi NYÁK-anyagok gyakorlatilag verhetetlenek a robusztusság szempontjából, és ezek jelentik az elektronikus alkatrészekre vonatkozó jelenlegi szabályok mércéjét, jegyzi meg Kleeman. „Lehet, hogy a szabályozóknak 5%-kal csökkenteniük kell a stabilitásra vonatkozó korlátot, hogy lehetővé tegyék számunkra, hogy belépjünk erre a piacra” – mondja. „Ez leginkább az iparág változtatásra való hajlandóságáról szól.”