Il circuito stampato che si ricicla quasi al 100% diventando una gelatina

Un team dell'Università di Washington ha sviluppato un nuovo PCB alla pari delle soluzioni tradizionali ma che può essere riciclato ripetutamente con una perdita di materiale trascurabile. Un alleato nella lotta all'e-waste.
di Manolo De Agostini pubblicata il 30 Aprile 2024, alle 08:21 nel canale Scienza e tecnologiaIl tema dei rifiuti elettronici, i cosiddetti e-waste, è qualcosa che l'industria tecnologica deve affrontare in modo sempre più serio e compatto. Secondo un recente report delle Nazioni Unite, nel 2022 sono state prodotte 62 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici, un nuovo record. Il dato è più alto dell'82% rispetto a quanto prodotto nel 2010. Meno di un quarto dell'e-waste prodotto nel 2022 è stato riciclato.
Tra i molteplici problemi della filiera del riciclo ce n'è uno importante: non disponiamo di sistemi su ampia scala per riciclare le schede dei circuiti stampati (PCB) presenti in quasi tutti i dispositivi elettronici.
I PCB sono tipicamente costituiti da strati di sottili fogli di fibra di vetro rivestiti di plastica dura e laminati insieme con il rame. Quella plastica non può essere facilmente separata dal vetro, quindi i PCB spesso si accumulano nelle discariche, dove le loro sostanze chimiche possono infiltrarsi nell'ambiente. Peggio ancora, i PCB vengono bruciati nei Paesi in via di sviluppo per estrarre metalli preziosi come oro e rame, senza cautele per chi lo fa e rilasciando nell'aria e a terra sostanze tossiche.
Un gruppo di ricercatori dell'Università di Washington sta lavorando per trovare una soluzione a questo grande problema e finalmente è riuscito a mettere a punto un nuovo PCB che ha prestazioni pari a quelle dei materiali tradizionali ma che può essere riciclato ripetutamente con una perdita di materiale trascurabile.
I ricercatori hanno utilizzato un solvente che trasforma un tipo di vitrimeri - una classe di polimeri sostenibili - in una sostanza gelatinosa senza danneggiarli, consentendo l'estrazione dei componenti solidi dal PCB per riutilizzarli o riciclarli.
La "gelatina vitrimerica" può quindi essere utilizzata ripetutamente per realizzare nuovi PCB di alta qualità, a differenza della plastica convenzionale che si degrada in modo significativo a ogni ciclo. Con questi "vPCB" (circuiti stampati in vitrimero), i ricercatori hanno dimostrato di poter recuperare il 98% del vitrimero e il 100% della fibra di vetro, nonché il 91% del solvente utilizzato per il riciclo.
"I circuiti stampati costituiscono una frazione piuttosto grande della massa e del volume dei rifiuti elettronici", ha dichiarato il coautore dello studio Vikram Iyer, professore assistente dell'UW presso la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. "Sono costruiti per essere a prova di fuoco e di sostanze chimiche, il che è ottimo per renderli molto robusti. Ma questo li rende anche praticamente impossibili da riciclare. Abbiamo creato una nuova formulazione di materiale che ha proprietà elettriche paragonabili a quelle dei PCB convenzionali e un processo per riciclarli ripetutamente".
I vitrimeri sono una classe di polimeri sviluppata per la prima volta nel 2015. Se esposti a determinate condizioni, come il calore al di sopra di una temperatura specifica, le loro molecole possono riorganizzarsi e formare nuovi legami. Ciò consente di "guarirli" (ad esempio, un PCB piegato può essere raddrizzato) e li rende altamente riciclabili.
"A livello molecolare, i polimeri sono un po' come gli spaghetti, che si avvolgono e si compattano", ha spiegato il coautore dello studio Aniruddh Vashisth, assistente professore dell'UW presso il dipartimento di ingegneria meccanica. "Ma i vitrimeri si distinguono perché le molecole che compongono ogni spaghetto si possono scollegare e ricollegare. È quasi come se ogni pezzo di spaghetti fosse fatto di piccoli Lego".
Il circuito stampato biodegradabile e riciclabile è tra noi: Infineon mostra Soluboard
Il processo di creazione del vPCB si discosta solo leggermente da quello dei PCB tradizionali, il che lo rende più economicamente sostenibile per il settore.
Per riciclare i vPCB è necessario immergere il materiale in un solvente organico con un punto di ebollizione relativamente basso. Questo gonfia la plastica del vPCB senza danneggiare le lastre di vetro e i componenti elettronici, consentendone l'estrazione per il riutilizzo.
Il processo consente di quindi di riparare PCB danneggiati con crepe o deformazioni e, laddove non possibile, favorisce una facile separazione dei componenti elettronici per il riciclo o il riutilizzo, mentre il vetrificante e le fibre di vetro possono essere riciclati in nuovi vPCB.
Il team ha testato il vPCB per verificarne la resistenza e le proprietà elettriche, scoprendo che le sue prestazioni sono paragonabili a quelle del materiale PCB più comune (FR-4). Vashisth e il coautore Bichlien H. Nguyen, principal researcher presso Microsoft Research e professore assistente affiliato alla Allen School, stanno ora utilizzando l'intelligenza artificiale per esplorare nuove formulazioni di vitrimeri per usi diversi.
Secondo il team, i vPCB riciclati potrebbero comportare una riduzione del 48% del potenziale di riscaldamento globale e dell'81% delle emissioni cancerogene rispetto ai PCB tradizionali. Tutto questo, però, non richiederà la semplice esistenza della tecnologia.
"Per un'effettiva implementazione di questi sistemi, è necessaria la parità dei costi e l'esistenza di normative governative solide", ha affermato Nguyen. "In futuro, dobbiamo progettare e ottimizzare i materiali tenendo conto delle metriche di sostenibilità come primo principio".
3 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoSignifica che neanche esiste una soluzione al problema e forse non la vedremo mai
Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".