Svake godine u Europi se koristi oko 8 gigatona materijala. Većina brzo završi kao otpad - manje od 10% se ponovno koristi ili reciklira. Vađenje, obrada, proizvodnja i potrošnja materijala i proizvoda odgovorni su za četvrtinu emisija stakleničkih plinova u Europi i trećinu u svijetu. To stvara ogroman otisak na okoliš.

Green Deal politički je odgovor EU-a na degradaciju okoliša koja dolazi s kontinuiranim gospodarskim ubrzanjem. Radi se o temeljitoj promjeni načina na koji vidimo i koristimo materijale i bržem prelasku na kružno gospodarstvo. Kružno gospodarstvo znači održavanje ekonomske vrijednosti materijala i minimiziranje njihovog utjecaja na okoliš.

Drvo kao zamjena

Stručnjak za zelenu kemiju na švedskom istraživačkom institutu RISE dr. Valerio Beni je svoj fokus prebacio na drvo iz celuloze u pokušaju da napravi potrošačke elektroničke uređaje koji nemaju ugljični otisak i koji se lakše recikliraju. 

Beni vodi istraživački projekt koji je dobio sredstva EU-a za istraživanje načina za izradu potrošačke elektronike s materijalima na bazi drva.  Nazvan HyPELignum, projekt traje četiri godine do rujna 2026. i okuplja istraživačke institute, sveučilište i predstavnike industrije iz Austrije, Nizozemske, Slovenije i Španjolske.

Projektom se nastoji pokazati da se proizvodnjom elektronike od drveta može učiniti održivijim. Projekt ima za cilj predložiti i pokazati holistički pristup, od nabave sirovina do kraja životnog vijeka, za proizvodnju elektronike s nula ugljika. Projekt će imati za cilj pokazati kako drvo i materijali dobiveni iz drvnog otpada (tj. bio-izvedeni ili bio-polimeri iz drvnog otpada) mogu biti jezgra (supstrat, komponente tinte) za dodatnu proizvodnju elektronike. Projekt će također razviti energetski učinkovit mikročip za senzorske sustave, kao i istražiti nove načine za recikliranje drva i obnavljanje elektroničkih materijala.

Biogena priroda drveta čini ga ključnim u naporima Europske zajednice prema ugljično neutralnom društvu. HyPELignum stupovi su: (1) implementacija biogenog materijala, drva, kao supstrata za dodatnu proizvodnju elektronike; (2) implementacija lignoceluloznih materijala (iz drvnog otpada), smola dobivenih iz bioloških izvora i obilnih prijelaznih metala s malim utjecajem u potrebne funkcionalne materijale; (3) razvoj visoko energetski učinkovitog µčipa za pokretanje integriranih senzorskih sustava; (4) istraživanje novih načina za dopuštanje recikliranja drva i oporabe elektroničkih materijala. Važno je da će uz tehnički razvoj projekt također posvetiti značajan trud procjeni održivosti (životni ciklus, toksičnost i biorazgradivost) kako bi se: (1) aktivno doprinijelo konsolidaciji definicije zelene i kružne elektronike i (2) predložiti alat za donošenje odluka za procjenu zelene i kružne elektronike.

Životni ciklusi sadašnje elektronike su neodrživi. Osim energije i sirovina potrebnih za proizvodnju, uređaji rezultiraju brdima otpada nakon što se odbace. 2022. godine svijet je proizveo rekordnih 62 milijarde tona e-otpada – ili 7,8 kilograma po osobi – pri čemu je Europa proizvela 17,6 milijardi tona, više nego bilo koja druga regija, prema  podacima Ujedinjenih naroda. 

Ta se svjetska planina gotovo udvostručila s 34 milijarde tona u 2010., a predviđa se da će porasti na 82 milijarde tona do 2030. godine.

Osim što brzo raste, prema UN-u, e-otpadom je složeno upravljati. 2022. godine samo je oko petina globalnog e-otpada bila reciklirana – iako je Europa prošla bolje s recikliranjem oko 43%.

HyPELignum

Elektronske ploče glavna su komponenta e-otpada. Čak 60% utjecaja elektronike na okoliš uzrokuje strujna ploča uređaja, navodi dr. Valerio Beni.

Ploče su slojevita matrica materijala – obično smole, plastike i bakra, koje je teško reciklirati. Oni su ugravirani za utiskivanje metalnih krugova, na koje se mogu lemiti elektroničke komponente. 

Ideja projekta HyPELignum je pokušati zamijeniti neke od materijala s visokim udjelom ugljika u elektronici. Kao alternativu, HyPELignum tim razvija dvije vrste drvenih tiskanih ploča. 

Jedan je napravljen od tankih slojeva drva, pomalo poput šperploče. Drugi je izrađen od celuloznih vlakana dobivenih iz drva i drvnog otpada.

'Ideja je pokušati zamijeniti neke od materijala s visokim udjelom ugljika u elektronici materijalima s niskim udjelom ugljika', ističe Beni.

Krugovi su ispisani – umjesto ugravirani – na drvene ploče korištenjem vodljivih metalnih boja razvijenih tijekom projekta. Te tinte također sadrže celulozu i plastiku na biološkoj bazi proizvedenu od drva.

Na kraju životnog vijeka drvene ploče bi se trebale lakše reciklirati od tradicionalnih ploča. Možda bi ih čak bilo moguće kompostirati.

Novi slojevi 

Ključni izazov kod recikliranja elektronike je odvajanje komponenti od tiskanih ploča. Kako bi se uhvatili u koštac s tim, istraživači HyPELignuma razvijaju termički i kemijski razgradive slojeve koji se mogu postaviti između drva i tiskanih krugova.

Kada se one unište na kraju životnog vijeka proizvoda, strujni krugovi i električne komponente otpadaju s drva. Drvena ploča i uglavnom metalni krug i komponente mogu se zatim poslati u različite tokove recikliranja.

Nadalje, razgradivi slojevi također su izvedeni iz drva. Projekt ih je proizvodio od lignina ekstrahiranog iz drvnog otpada.

Takva "zelena kemija" emitira mnogo manje ugljičnog dioksida (CO₂) jer sadrži biogene materijale koji se mogu obnoviti, a ne fosilna ulja. 

ECOTRON

Sve veći apetit globalne populacije za digitalnim uređajima potiče potrebu za ekološkijim verzijama,  navodi stručnjak za elektroniku i održivu proizvodnju u nizozemskoj istraživačkoj organizaciji TNO dr. Corne Rentrop te dodaje: „Želimo više podataka, želimo više povezanosti, želimo imati internet posvuda, tako da količina elektronike koja je potrebna za to opremanje stalno raste“.

Istodobno, životni vijek elektronike se smanjuje. Elektronički uređaji traju prosječno četiri do pet godina.  

Rentrop vodi zaseban projekt koji financira EU za smanjenje ugljičnog otiska proizvodnje elektroničkih uređaja i poboljšanje recikliranja. 

Pod nazivom ECOTRON, traje četiri godine do kolovoza 2026. i ima niz sudionika iz Belgije, Češke, Finske, Francuske, Italije, Nizozemske i Španjolske. 

Cilj projekta ECOTRON koji financira EU je razviti prilagodljiva organska i ekološki prihvatljiva tiskana elektronička rješenja koja omogućuju poboljšano i prošireno recikliranje dok manje utječu na okoliš tijekom proizvodnje. Projekt će predstaviti slučajeve uporabe u pakiranju, zdravstvu, robi široke potrošnje i nosivim materijalima kako bi se demonstrirala povećana izdržljivost i vijek trajanja nove elektronike te njen smanjeni utjecaj na okoliš.

Elektronički otpad stvara sve veći pritisak na okoliš jer se teško može izvršiti njegovo recikliranje i/ili rastavljanje. Radikalno poboljšanje održivosti zahtijeva disruptivne procese, tehnologije i materijale za proizvodnju elektronike. Tiskana elektronika ekološki je prihvatljivija od tradicionalne, zbog svog aditivnog karaktera (ispis umjesto jetkanja), odsutnosti kemijskih materijala za jetkanje, nisko energetski zahtjevnih procesnih uvjeta i mogućnosti oporabe ili ponovne upotrebe supstrata i (metalnih) boja . Zbog toga je u ECOTRON-u fleksibilna, organska i tiskana elektronika unaprijeđena multidisciplinarnim pristupom koji uključuje biobazirane materijale, inovativne procese (ispisa) i tehnologije rastavljanja uređaja i modula. Nadalje, cilj je razviti tehnologije i standarde recikliranja koji će se na kraju integrirati u dizajn procesa za postrojenje za recikliranje tiskane elektronike. Istodobno, životni vijek tiskane elektronike je poboljšan za veću implementaciju tiskane elektronike u svakodnevne proizvode.

Fleksibilne folije

Kao i tim HyPELignum, tim ECOTRON-a nastoji zamijeniti tradicionalne strujne ploče onima izrađenima od obnovljivih materijala.

'Možemo biti održiviji jer proces zahtijeva manje energije od proizvodnje standardnih tiskanih ploča', naglašava Rentrop.

Ali umjesto drva, on i njegovi kolege stvaraju savitljive filmove od materijala kao što su bioplastika i papir.

Na kraju životnog vijeka, ploče od bioplastike mogle bi se rastopiti i reciklirati – a možda čak i kompostirati.

„Elektronika koja se može kompostirati bila bi najbolje rješenje“, rekao je Rentrop te dodao: „Papir je naravno materijal koji se može kompostirati, ali tinte i električne komponente nisu.“

Kako bi se prevladala ta prepreka, projekt razvija reverzibilne interkonekcije koji se mogu pokrenuti za oslobađanje električnih komponenti.

Primjeri

Istraživači ECOTRON-a uzimaju postojeće proizvode i rade na njihovoj zamjeni s održivijom elektronikom.

Finska tvrtka pod imenom Polar Electro, koja proizvodi uređaje za praćenje kondicije i atletskog treninga, sudjeluje u pokušaju da proizvede nosivu traku za prsa koja mjeri otkucaje srca osobe.

Projekt je zamijenio postojeću Polar Electro remen za prsa verzijom na biološkoj bazi čija je izvedba usporediva.

Radeći s farmaceutskom tvrtkom Johnson & Johnson, tim razvija pametne naljepnice koje sadrže bilježnike temperature za pakiranja cjepiva. 

Zdravstveni radnici koji daju cjepiva mogu pristupiti ovim podacima o temperaturi pomoću ručnog uređaja kao što je pametni telefon kako bi provjerili je li svaka doza pravilno pohranjena.

U ovom slučaju, istraživači rade s papirom, proizvodeći uređaje koji se mogu reciklirati.