Placas de circuito a partir de materias primas renovables
¿Pueden fabricarse placas de circuitos ecológicamente sostenibles para la industria electrónica a partir de fibras de celulosa?
El investigador del Empa Thomas Geiger estudió esta cuestión. Ahora forma parte de un proyecto multinacional de la UE llamado "Hypelignum". Su objetivo: la electrónica biodegradable.
Residuos biológicos: Tablero experimental tras el compostaje
Empa
Thomas Geiger lleva muchos años investigando en el campo de las fibrillas de celulosa, fibras finas que pueden producirse a partir de pulpa de madera o residuos agrícolas, por ejemplo. Las fibrillas de celulosa encierran un gran potencial para la producción sostenible y la descarbonización de la industria: crecenneutras en CO2 en la naturaleza, se queman sin residuos e incluso son compostables. Pueden utilizarse para muchos fines, por ejemplo como fibra de refuerzo en productos técnicos de caucho, como las membranas de las bombas.
Pero, ¿podrían utilizarse también las fibrillas de celulosa para fabricar placas de circuitos que reduzcan la huella ecológica de los ordenadores? Las placas de circuitos impresos (PCB), en particular, son cualquier cosa menos inocentes desde el punto de vista ecológico: Suelen consistir en fibras de vidrio empapadas en resina expoxi. Este material compuesto no es reciclable y hasta ahora sólo puede eliminarse correctamente en plantas especiales de pirólisis.
Ratón de ordenador con aspecto de marfil
Geiger ya había fabricado placas de circuitos con fibrillas de celulosa e investigado su biodegradación. Mezcladas con agua, las biofibrillas producen un lodo espeso que puede deshidratarse y compactarse en una prensa especial. Junto con un colega, fabricó 20 placas experimentales, que fueron sometidas a diversas pruebas mecánicas y finalmente equipadas con componentes electrónicos. La prueba tuvo éxito, y la placa de celulosa liberó los componentes soldados tras unas semanas en suelo natural.
Anteriormente, Geiger había participado en un proyecto de Innosuisse junto con la Universidad de Ciencias Aplicadas OST de Rapperswil, en el que se fabricaban piezas de carcasa para ratones de ordenador. Las carcasas tienen un brillo sedoso y un color y tacto similares a los de las piezas de marfil. Pero no se encontró ningún fabricante que quisiera adoptar el método. La competencia de precios en la pequeña electrónica sigue siendo demasiado grande para ello, y los procesos convencionales de moldeo por inyección de plástico tienen una clara ventaja en este sentido.
Placas de circuito de lana de madera o fibras y fibrillas de celulosa
Hace poco surgió la oportunidad de aprovechar los descubrimientos existentes: A Claudia Som, especialista en sostenibilidad de Empa, le preguntaron si quería colaborar en el proyecto de investigación de la UE Hypelignum. Está dirigido por el instituto sueco de investigación de materiales RISE y busca nuevas formas de producir productos electrónicos de forma sostenible. Claudia Som contó con la ayuda de su colega Thomas Geiger.
El proyecto comenzó en octubre de 2022 y el consorcio de investigación, con participantes de Austria, Eslovenia, España, Países Bajos, Suecia y Suiza, tiene previsto producir y evaluar placas de circuitos ecológicos fabricadas con diversos materiales: Además de la celulosa nanofibrilada (CNF), se están investigando la lana de madera y la pulpa de madera como base; también se está utilizando chapa de madera como base para las placas de circuitos.
Dos laboratorios de Empa colaboran en el proyecto: En primer lugar, los especialistas en sostenibilidad dirigidos por Claudia Som, del laboratorio de Tecnología y Sociedad. Som utilizará bases de datos de materiales para calcular la huella ecológica de las placas de circuitos ecológicos y comparar los distintos conceptos entre sí. Thomas Geiger, del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa, fabricará las placas de circuitos a partir de materias primas renovables.
La electrónica ecológica es desde hace tiempo uno de los temas de investigación del laboratorio, dirigido por Gustav Nyström; el equipo de Nyström ya ha desarrollado varios componentes electrónicos impresos a partir de materiales biodegradables, como baterías y pantallas. Sin embargo, los requisitos de las placas de circuitos informáticos producidas industrialmente no son triviales: no sólo deben tener una gran resistencia mecánica, sino que además no deben hincharse en condiciones de humedad ni formar grietas a muy baja humedad.
"Las fibras de celulosa pueden ser una alternativa muy buena a los compuestos de fibra de vidrio", explica Geiger. "Deshidratamos el material en una prensa especial con 150 toneladas de presión. Entonces, las fibrillas de celulosa se pegan por sí solas, sin ningún aditivo. A esto lo llamamos 'hornificación'". La clave aquí es a qué presión, temperatura y durante cuánto tiempo debe realizarse el proceso de prensado para producir resultados óptimos.
Cuatro demostradores previstos
El proyecto europeo Hypelignum tiene objetivos ambiciosos: No sólo pretende estudiar placas de circuitos impresos fabricadas con materias primas renovables y compostables, sino también desarrollar tintas conductoras para las conexiones eléctricas entre los distintos componentes. Estas tintas suelen fabricarse a base de nanopartículas de plata. Los investigadores buscan materiales sustitutivos más baratos y menos escasos, así como un método de producción ecológico para estas nanopartículas.
Al final del proyecto, cuatro demostradores deberían mostrar lo conseguido: una placa de circuito impreso ejemplar desde el punto de vista ecológico, un gran elemento de construcción de madera que irá equipado con sensores y actuadores, piezas de mobiliario que irán equipadas con sensores en una línea de producción automatizada y, por último, un demostrador que probará la reciclabilidad de todos estos componentes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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