Cada año, el mundo desecha alrededor de 62 millones de toneladas métricas de residuos electrónicos. A pesar de los valiosos metales presentes en los productos electrónicos, reciclamos menos de una cuarta parte de lo que producimos. En definitiva, nuestro creciente uso de productos electrónicos deja tras de sí montañas cada vez mayores de aparatos desechados que contaminan y liberan sustancias químicas tóxicas al medio ambiente.
Si tienes un teléfono inteligente, una laptop o un altavoz inteligente, formas parte del ciclo. Pero, al final, como consumidor, no hay mucho que puedas hacer porque no existen alternativas reales a las placas electrónicas.
La mayoría de estos dispositivos utilizan placas de circuito impreso (PCB) hechas de cobre, fibra de vidrio y resina epoxi. Estas son las placas planas, generalmente verdes, que se encuentran dentro de los dispositivos y que albergan todos los componentes electrónicos, conectándolos mediante finas líneas de cobre. Las PCB son duraderas y eficientes, pero su reciclaje es especialmente difícil. Una vez soldadas y laminadas, desmontarlas para su reutilización se convierte en un proceso costoso y contaminante. Por eso, tantos productos electrónicos terminan triturados o exportados a países con leyes ambientales laxas. Aquí es donde entra la nueva tecnología.
Investigadores de la Universidad de Maryland, Georgia Tech y la Universidad de Notre Dame han presentado un nuevo tipo de PCB. DissolvPCB es una placa de circuito impreso totalmente reciclable. En lugar de fibra de vidrio y epoxi, imprimen las placas con alcohol polivinílico (PVA), un plástico biodegradable que se disuelve fácilmente al sumergirse en agua. Las pistas de cobre se sustituyen por metal líquido (una aleación de galio-indio) que fluye por los canales impresos para crear vías conductoras.
Cuando ya no lo necesites, simplemente sumérgelo en agua. El sustrato de PVA desaparece, dejando solo perlas de metal líquido reutilizables y componentes electrónicos intactos que pueden secarse y reutilizarse.
Una placa de circuito que se puede disolver
Esta no es la primera alternativa de diseño de PCB que proponen los investigadores. Otros equipos han sugerido placas de papel, compuestos derivados de la madera o incluso circuitos impresos en hongos. Lo atractivo de DissolvPCB reside en su simplicidad.
Los investigadores demostraron el reciclaje colocando una pequeña placa detectora de campo magnético en un recipiente con agua. A temperatura ambiente, la placa tardó unas 36 horas en disolverse por completo. Con calor y agitación, este tiempo se redujo a menos de una hora. Una vez disuelto, el metal líquido y los componentes se separaron de forma natural. El PVA se secó, se molió y se reextruyó para obtener un nuevo filamento para impresión 3D.
La otra innovación se encuentra en la fase de producción. El equipo diseñó este sistema con herramientas comunes: una impresora 3D FDM estándar, filamento de PVA disponible y metal líquido que se puede mezclar con ingredientes comprados en línea. Básicamente, todas las herramientas necesarias ya están disponibles. No se necesita un laboratorio especializado ni nada parecido.
Los investigadores incluso crearon un complemento de software para FreeCAD que convierte diseños de circuitos tradicionales en modelos imprimibles en 3D. Esto significa que aficionados e ingenieros pueden empezar a fabricar placas disolubles prácticamente sin curva de aprendizaje.
¿Es realmente ecológico?
Los dispositivos electrónicos se han convertido en una importante fuente de contaminación. Fabricar un solo teléfono inteligente consume metales en bruto extraídos con un alto coste ambiental y social. Reciclar estos dispositivos es un desafío global, ya que la mayoría de los residuos electrónicos aún se incineran o se vierten. La contaminación es solo una parte del problema; la otra es que no tenemos una forma económica de reutilizar estos materiales.
Incluso donde existe infraestructura de reciclaje, esta es voluminosa y centralizada. Con este enfoque, incluso pequeños laboratorios o empresas podrían recuperar piezas y materiales. Este modelo de “reciclaje local” reduce el consumo de energía y elimina sustancias químicas tóxicas del proceso, además de ser un gran impulsor para el prototipado de electrónica sostenible.
Para demostrar el argumento ambiental, el equipo realizó una evaluación del ciclo de vida comparando DissolvPCB con una placa estándar. Los resultados fueron drásticos. DissolvPCB redujo las emisiones de gases de efecto invernadero en un orden de magnitud y disminuyó significativamente otros impactos ambientales (como la toxicidad y el uso de combustibles fósiles). La diferencia radica en la extracción de los materiales utilizados en el proceso original.
Alrededor del 98% de los materiales utilizados en el proceso se recuperaron para su reutilización. No es perfecto, pero supone un gran avance.
¿Una nueva forma de electrónica?
Los materiales utilizados para crear este tipo de PCB no son nuevos, pero la innovación reside en su integración en un diseño funcional multicapa. Los investigadores optimizaron el tamaño de las boquillas, las dimensiones de los canales y el grosor de las paredes para garantizar que las placas condujeran la electricidad de forma fiable y fueran fáciles de disolver. Incluso desarrollaron un pegamento personalizado a partir de gránulos de PVA para fijar los componentes sin comprometer su reciclabilidad.
Construyeron tres dispositivos de demostración: un altavoz Bluetooth con una placa de circuito disoluble de doble capa, un cubo electrónico antiestrés con circuitos impresos en 3D y LED, y una pinza de tres dedos autocalentable que se dobla al encenderse. Todos fueron fácilmente reciclables y reutilizados.
El equipo incluso diseñó nuevos tipos de electrónica. Las PCB existentes son rígidas, pero estas nuevas placas se imprimen en 3D para integrar la electrónica en objetos curvos o esculturales. Un prototipo incluía un juguete electrónico 3D donde los LED se iluminaban al pulsar un joystick, todo integrado en un cubo.
Sin embargo, este enfoque tiene sus desventajas. En particular, las placas DissolvPCB son más voluminosas que las placas actuales porque los canales impresos no pueden ser tan finos como las trazas de cobre grabadas. Es posible que los dispositivos con limitaciones de tamaño estrictas (como smartphones o wearables) no adopten esta tecnología de inmediato. La solubilidad en agua también significa que las placas no pueden exponerse a la humedad, aunque las carcasas protectoras podrían solucionar este problema.
Por ahora, DissolvPCB es ideal para prototipado, educación y fabricación de lotes pequeños. Pero a medida que mejoren las resoluciones de impresión 3D, podría escalarse a la producción electrónica convencional. Además, dado que el equipo trabajó con código abierto y abrió el proceso a todos, es mucho más probable que la innovación continúe. Otros investigadores, o incluso aficionados, podrían intentar mejorar el proceso y hacerlo más eficiente y escalable.
En lugar de aparatos que terminan en vertederos, podríamos tener dispositivos que desaparezcan, dejando solo piezas reutilizables y materias primas. Para un mundo inundado de tecnología desechada, esto es un salvavidas muy necesario.
Puedes leer el estudio completo aquí.
Fuente: ZME Science.
