Selon les Nations Unies, moins d'un quart de tous les déchets électroniques américains sont recyclés. Rien qu'en 2021, les déchets électroniques mondiaux ont bondi à 57,5 ​​millions de tonnes, dont seulement 17,4 % ont été recyclés.

Certains experts prédisent que notre problème de déchets électroniques ne fera qu'empirer avec le temps, car la plupart des appareils électroniques sur le marché aujourd'hui sont conçus pour la portabilité, et non pour la recyclabilité. Les tablettes et les lecteurs, par exemple, sont assemblés en collant des circuits, des puces et des disques durs à de fines couches de plastique, qui doivent être fondues pour extraire des métaux précieux comme le cuivre et l'or. La combustion du plastique libère des gaz toxiques dans l'atmosphère, et les appareils électroniques qui finissent dans les décharges contiennent souvent des matériaux nocifs comme le mercure, le plomb et le béryllium.

Mais maintenant, une équipe de chercheurs du Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département de l'énergie (Berkeley Lab) et de l'UC Berkeley ont développé une solution potentielle :un circuit imprimé entièrement recyclable et biodégradable. Les chercheurs, qui ont rapporté le nouvel appareil dans la revue Advanced Materials , affirment que cette avancée pourrait détourner les appareils portables et autres appareils électroniques flexibles de la décharge, et atténuer les risques pour la santé et l'environnement posés par les déchets de métaux lourds.

"En ce qui concerne les déchets électroniques en plastique, il est facile de dire qu'il est impossible de résoudre et de s'en aller", a déclaré l'auteur principal Ting Xu, chercheur principal à la division des sciences des matériaux de Berkeley Lab et professeur de chimie et de science et ingénierie des matériaux à UC Berkeley. "Mais les scientifiques trouvent de plus en plus de preuves de problèmes sanitaires et environnementaux importants causés par la lixiviation des déchets électroniques dans le sol et les eaux souterraines. Avec cette étude, nous montrons que même si vous ne pouvez pas encore résoudre tout le problème, vous pouvez au moins s'attaquer au problème de la récupération des métaux lourds sans polluer l'environnement."

Faire travailler les enzymes

Dans une précédente Nature étude, Xu et son équipe ont démontré un matériau plastique biodégradable incorporé avec des enzymes purifiées telles que la lipase de Burkholderia cepacian (BC-lipase). Grâce à ce travail, ils ont découvert que l'eau chaude activait la BC-lipase, incitant l'enzyme à dégrader les chaînes polymères en blocs de construction monomères. Ils ont également appris que la BC-lipase est un "mangeur" ​​capricieux. Avant qu'une lipase puisse convertir une chaîne polymère en monomères, elle doit d'abord attraper l'extrémité d'une chaîne polymère. En contrôlant le moment où la lipase trouve l'extrémité de la chaîne, il est possible de s'assurer que les matériaux ne se dégradent pas tant que l'eau n'a pas atteint une certaine température.

Pour l'étude actuelle, Xu et son équipe ont encore simplifié le processus. Au lieu d'enzymes purifiées coûteuses, les circuits imprimés biodégradables reposent sur des "cocktails" de lipase BC moins chers et prêts à l'emploi. Cela réduit considérablement les coûts, facilitant l'entrée du circuit imprimé dans la fabrication de masse, a déclaré Xu.

Ce faisant, les chercheurs ont fait progresser la technologie, leur permettant de développer une "encre conductrice" imprimable composée de liants polyester biodégradables, de charges conductrices telles que des flocons d'argent ou du noir de carbone, et de cocktails enzymatiques disponibles dans le commerce. L'encre tire sa conductivité électrique des particules d'argent ou de noir de carbone, et les liants en polyester biodégradables agissent comme une colle.

Les chercheurs ont fourni à une imprimante 3D commerciale l'encre conductrice pour imprimer des motifs de circuit sur diverses surfaces telles que du plastique biodégradable dur, du plastique biodégradable flexible et du tissu. Cela a prouvé que l'encre adhère à une variété de matériaux et forme un dispositif intégré une fois que l'encre sèche.

Pour tester sa durée de conservation et sa durabilité, les chercheurs ont stocké un circuit imprimé dans un tiroir de laboratoire sans contrôle de l'humidité ni de la température pendant sept mois. Après avoir retiré le circuit du stockage, les chercheurs ont appliqué une tension électrique continue à l'appareil pendant un mois et ont constaté que le circuit conduisait l'électricité aussi bien qu'avant le stockage.

Ensuite, les chercheurs ont testé la recyclabilité de l'appareil en l'immergeant dans de l'eau tiède. En 72 heures, les matériaux du circuit se sont dégradés en leurs éléments constitutifs - les particules d'argent complètement séparées des liants polymères et les polymères se sont décomposés en monomères réutilisables, permettant aux chercheurs de récupérer facilement les métaux sans traitement supplémentaire. À la fin de cette expérience, ils ont déterminé qu'environ 94 % des particules d'argent peuvent être recyclées et réutilisées avec des performances d'appareil similaires.

Que la dégradabilité du circuit continue après 30 jours de fonctionnement a surpris les chercheurs, suggérant que les enzymes étaient toujours actives. "Nous avons été surpris que les enzymes 'vivent' aussi longtemps. Les enzymes ne sont pas conçues pour fonctionner dans un champ électrique", a déclaré Xu.

Xu attribue la longévité des enzymes de travail à la structure moléculaire du plastique biodégradable. Dans leur étude précédente, les chercheurs ont appris que l'ajout d'un protecteur enzymatique appelé hétéropolymère aléatoire, ou RHP, aide à disperser les enzymes dans le mélange en grappes de quelques nanomètres (milliardièmes de mètre). Cela crée un endroit sûr dans le plastique pour que les enzymes dorment jusqu'à ce qu'elles soient appelées à l'action.

Le circuit s'avère également prometteur en tant qu'alternative durable aux plastiques à usage unique utilisés dans l'électronique transitoire - des dispositifs tels que des implants biomédicaux ou des capteurs environnementaux qui se désintègrent sur une période de temps, a déclaré l'auteur principal Junpyo Kwon, titulaire d'un doctorat. étudiant chercheur du Xu Group à UC Berkeley.

Maintenant qu'ils ont fait la démonstration d'un circuit imprimé biodégradable et recyclable, Xu souhaite faire la démonstration d'une micropuce imprimable, recyclable et biodégradable.

"Compte tenu de la sophistication des puces de nos jours, ce ne sera certainement pas facile. Mais nous devons essayer de donner le meilleur de nous-mêmes", a-t-elle déclaré. + Explorer plus loin

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