De acordo com as Nações Unidas, menos de um quarto de todo o lixo eletrônico dos EUA é reciclado. Somente em 2021, o lixo eletrônico global aumentou em 57,5 ​​milhões de toneladas, e apenas 17,4% disso foi reciclado.
Alguns especialistas preveem que nosso problema de lixo eletrônico só piorará com o tempo, porque a maioria dos eletrônicos no mercado hoje é projetada para portabilidade, não reciclabilidade. Tablets e leitores, por exemplo, são montados colando circuitos, chips e discos rígidos em finas camadas de plástico, que devem ser derretidas para extrair metais preciosos como cobre e ouro. A queima de plástico libera gases tóxicos na atmosfera, e os eletrônicos desperdiçados em aterros sanitários geralmente contêm materiais nocivos como mercúrio, chumbo e berílio.

Mas agora, uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) e da UC Berkeley desenvolveram uma solução potencial:um circuito impresso totalmente reciclável e biodegradável. Os pesquisadores, que relataram o novo dispositivo na revista Advanced Materials , dizem que o avanço poderia desviar dispositivos vestíveis e outros eletrônicos flexíveis de aterros sanitários e mitigar os riscos à saúde e ao meio ambiente causados ​​pelos resíduos de metais pesados.

"Quando se trata de lixo eletrônico de plástico, é fácil dizer que é impossível resolver e ir embora", disse o autor sênior Ting Xu, cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e professor de química e ciência de materiais e engenharia na UC Berkeley. "Mas os cientistas estão encontrando mais evidências de preocupações significativas com a saúde e o meio ambiente causadas pela lixiviação de lixo eletrônico no solo e nas águas subterrâneas. enfrentar o problema de recuperar metais pesados ​​sem poluir o meio ambiente."

Colocando as enzimas para funcionar

Em uma Natureza anterior No estudo, Xu e sua equipe demonstraram um material plástico biodegradável incorporado com enzimas purificadas, como a lipase Burkholderia cepacia (BC-lipase). Através desse trabalho, eles descobriram que a água quente ativa a BC-lipase, levando a enzima a degradar as cadeias de polímeros em blocos de construção de monômeros. Eles também aprenderam que a BC-lipase é um "comedor" mimado. Antes que uma lipase possa converter uma cadeia de polímero em monômeros, ela deve primeiro pegar o final de uma cadeia de polímero. Ao controlar quando a lipase encontra a extremidade da cadeia, é possível garantir que os materiais não se degradem até que a água atinja uma determinada temperatura.

Para o estudo atual, Xu e sua equipe simplificaram ainda mais o processo. Em vez de enzimas purificadas caras, os circuitos impressos biodegradáveis ​​contam com "coquetéis" de lipase BC mais baratos e prontos para uso. Isso reduz significativamente os custos, facilitando a entrada do circuito impresso na fabricação em massa, disse Xu.

Ao fazer isso, os pesquisadores avançaram a tecnologia, permitindo-lhes desenvolver uma "tinta condutora" imprimível composta de aglutinantes de poliéster biodegradáveis, cargas condutoras, como flocos de prata ou negro de fumo, e coquetéis de enzimas disponíveis comercialmente. A tinta obtém sua condutividade elétrica das partículas de prata ou negro de fumo, e os aglutinantes de poliéster biodegradáveis ​​atuam como uma cola.

Os pesquisadores forneceram uma impressora 3D comercial com a tinta condutora para imprimir padrões de circuito em várias superfícies, como plástico biodegradável rígido, plástico biodegradável flexível e tecido. Isso provou que a tinta adere a uma variedade de materiais e forma um dispositivo integrado quando a tinta seca.

Para testar sua vida útil e durabilidade, os pesquisadores armazenaram um circuito impresso em uma gaveta de laboratório sem umidade ou temperatura controlada por sete meses. Depois de retirar o circuito do armazenamento, os pesquisadores aplicaram tensão elétrica contínua ao dispositivo por um mês e descobriram que o circuito conduzia eletricidade tão bem quanto antes do armazenamento.

Em seguida, os pesquisadores testaram a reciclabilidade do dispositivo, imergindo-o em água morna. Em 72 horas, os materiais do circuito se degradaram em suas partes constituintes – as partículas de prata completamente separadas dos aglutinantes de polímeros e os polímeros se decompuseram em monômeros reutilizáveis, permitindo que os pesquisadores recuperassem facilmente os metais sem processamento adicional. Ao final deste experimento, eles determinaram que aproximadamente 94% das partículas de prata podem ser recicladas e reutilizadas com desempenho semelhante do dispositivo.

Que a degradabilidade do circuito continuou após 30 dias de operação surpreendeu os pesquisadores, sugerindo que as enzimas ainda estavam ativas. "Ficamos surpresos que as enzimas 'viviam' por tanto tempo. As enzimas não são projetadas para funcionar em um campo elétrico", disse Xu.

Xu atribui a longevidade das enzimas de trabalho à estrutura molecular do plástico biodegradável. Em seu estudo anterior, os pesquisadores aprenderam que a adição de um protetor enzimático chamado heteropolímero aleatório, ou RHP, ajuda a dispersar as enzimas dentro da mistura em aglomerados de alguns nanômetros (bilionésimos de metro) de tamanho. Isso cria um lugar seguro no plástico para as enzimas ficarem adormecidas até serem chamadas à ação.

O circuito também se mostra promissor como uma alternativa sustentável aos plásticos de uso único usados ​​em eletrônicos transitórios – dispositivos como implantes biomédicos ou sensores ambientais que se desintegram ao longo do tempo, disse o principal autor Junpyo Kwon, Ph.D. pesquisador estudante do Grupo Xu na UC Berkeley.

Agora que eles demonstraram um circuito impresso biodegradável e reciclável, Xu quer demonstrar um microchip imprimível, reciclável e biodegradável.

"Dado o quão sofisticados são os chips hoje em dia, isso certamente não será fácil. Mas temos que tentar dar o nosso melhor", disse ela. + Explorar mais

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