Los desechos eléctricos y electrónicos, los denominados e-waste, son un problema global que crece exponencialmente.
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
Un nuevo polímero, posible solución
E-waste: la ONU alerta de la preocupante acumulación de residuos electrónicos que no se reciclan
Jorge Rodríguez
3 de septiembre de 2024
La generación mundial de residuos electrónicos está aumentando cinco veces más rápido que el reciclaje de dichos residuos. En 2022, se produjo un récord de 62 millones de Tms. de desechos electrónicos, un 82% más que en 2010. La cifra va camino de aumentar otro 32%, hasta 82 millones de Tms., en 2030. Miles de millones en recursos de valor estratégico se están desperdiciando: sólo el 1 % de la demanda de tierras raras se satisface mediante el reciclaje de desechos electrónicos.
La ONU ha publicado un informe en el que alerta de esta preocupante acumulación de residuos electrónicos, los denominados e-waste. El documento prevé una caída en la tasa de recolección y reciclaje del 22,3% en 2022 al 20% en 2030, debido a la creciente diferencia en los esfuerzos de reciclaje en relación con el asombroso crecimiento de la generación de desechos electrónicos en todo el mundo. El informe subraya que, si los países pudieran llevar las tasas de recolección y reciclaje de desechos electrónicos al 60% para 2030, los beneficios (incluso mediante la minimización de los riesgos para la salud humana) superarían los costes en más de 38.000 millones de dólares.
Los minerales de tierras raras que se encuentran en esos componentes son muy valiosos
Un nuevo material polimérico flexible desarrollado por el MIT, META y la Universidad de Utah tiene el potencial de permitir no sólo el reciclaje de materiales y componentes al final de la vida útil de un dispositivo, también facilitará la producción escalable de circuitos multicapa más complejos que los que proporcionan los sustratos que se utilizan actualmente.
Actualmente, el sector de la electrónica flexible utiliza principalmente un polímero llamado Kapton, nombre comercial de una clase de poliamida.
Los desechos eléctricos y electrónicos, los denominados e-waste, son un problema global que crece exponencialmente. Se espera que la acumulación de estos residuos empeore con la producción de nuevos tipos de dispositivos portátiles, el desarrollo de la robótica, monitores de salud y otras nuevas aplicaciones, entre las que estarán incluidas artículos electrónicos de un solo uso.
Actualmente, el sector de la electrónica flexible utiliza principalmente un polímero llamado Kapton, nombre comercial de una clase de poliamida especialmente indicada para este tipo de aplicaciones. El Kapton tiene muchas ventajas, entre las que destacan sus excelentes propiedades térmicas y aislantes y una fácil disponibilidad de materiales de origen. “Está en todas partes, básicamente en todos los dispositivos electrónicos”, explica Chen Wang, profesor de la Universidad de Utah e integrante del equipo de científicos que forman parte de esta investigación, publicada en la revista RC: Applied Polymers. “Forma parte de piezas como los cables flexibles que interconectan diferentes componentes dentro de un teléfono móvil o un ordenador portátil. También se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales debido a su alta tolerancia al calor. Es un material clásico, pero no se ha actualizado en tres o cuatro décadas”.
A pesar de sus ventajas, el Kapton es prácticamente imposible de fundir o disolver, por lo que no puede reprocesarse. Además, el desarrollo de la robótica y de nuevos dispositivos cada vez más avanzados requerirá nuevos materiales que no dificulten la fabricación de circuitos en arquitecturas avanzadas, como la electrónica multicapa. La forma tradicional de fabricar Kapton implica calentar el material a una temperatura de entre 200-300 ?.
El Kapton es prácticamente imposible de fundir o disolver, por lo que no puede reprocesarse
El nuevo material descubierto por estos científicos ofrece una potencial solución a los desafíos que plantea el uso de Kapton. Los investigadores han creado una serie de sustratos electrónicos a partir de poliamidas fotopolimerizables que contienen enlaces éster degradables. Estos nuevos materiales presentan “propiedades excepcionales, incluyendo alta conductividad térmica, estabilidad a temperaturas elevadas y excelentes características dieléctricas y mecánicas”, explica el artículo en el que se detallan los resultados de la investigación. Específicamente, los sustratos alcanzan una temperatura de degradación superior a los 300 °C y tienen una constante dieléctrica entre 2.81 y 3.05, lo que los hace adecuados para aplicaciones electrónicas flexibles.
Se han descubierto nuevos polímeros que permiten construir capas electrónicas de manera eficiente y económica, reduciendo la complejidad de los procesos actuales.
Uno de los hallazgos más destacados es que estos sustratos pueden ser despolimerizados a temperatura ambiente mediante reacciones de transesterificación, lo que permite recuperar y reutilizar los componentes electrónicos funcionales. Este proceso de despolimerización es fundamental porque aborda el problema del reciclaje de componentes electrónicos valiosos, que de otro modo se perderían al desechar los dispositivos electrónicos.
“Diseñamos el polímero con grupos éster en la estructura principal, a diferencia del Kapton tradicional”, explica el profesor Wang. “Estos grupos éster se pueden separar fácilmente con una solución bastante suave que elimina el sustrato y deja intacto el resto del dispositivo. Descomponemos el polímero en sus pequeñas moléculas originales. Luego podemos recolectar los costosos componentes electrónicos y reutilizarlos. Todos sabemos que hay escasez de chips y algunos materiales en la cadena de suministro. Los minerales de tierras raras que se encuentran en esos componentes son muy valiosos. Por eso creemos que ahora existe un gran incentivo económico, además de ambiental, para realizar estos procesos capaces de recuperar estos componentes”.
Se han descubierto nuevos materiales poliméricos con mejores propiedades que los que se utilizan actualmente y que pueden ser despolimerizados
El equipo responsable del descubrimiento de esta nueva familia de materiales cree que podrían revolucionar la fabricación de dispositivos eléctricos y electrónicos y han fundado una empresa para comercializar su tecnología. Los nuevos sustratos pueden ser empleados en la fabricación de circuitos electrónicos que requieren alta densidad y miniaturización, áreas donde la disipación térmica y la estabilidad dieléctrica son críticas, y cuyo mercado aumentará mucho en los próximos años. Otra aplicación relevante es en la fabricación de dispositivos electrónicos multilaminares. Los nuevos polímeros permiten construir capas electrónicas de manera eficiente y económica, reduciendo la complejidad de los procesos actuales que requieren temperaturas muy altas y múltiples pasos de procesamiento.
La ONU prevé que los residuos electrónicos que no se reciclan aumenten un 32% hasta 2030, suponiendo un volumen 82 millones de Tms. y unas pérdidas de miles de millones de dólares en materiales no recuperados.
El artículo también avanza futuras mejoras que harán a estos materiales aún más eficiente. Los investigadores creen que, con más estudios y ensayos, serán capaces de mejorar la expansión térmica y la conductividad dieléctrica. También están considerando la posibilidad de agregar rellenos particulados para mejorar aún más estas propiedades. Respecto al proceso de repolimerización tras la degradación, todavía está por evaluarse su viabilidad económica. Una de las posibles soluciones sería explorar el uso de solventes más ecológicos en el proceso de despolimerización, lo que podría hacer que la tecnología sea más amigable con el medio ambiente y económicamente viable a gran escala.
Además del Kapton, estos nuevos materiales podrían reemplazar a poliésteres alifáticos, ciertos polímeros termoplásticos, resinas epóxicas y algunas poliamidas tradicionales; materiales todos ellos utilizados en el sector de la electrónica. La combinación de propiedades físicas y la capacidad de reciclaje de estos nuevos sustratos poliamídicos fotopolimerizables podría transformar la forma en que se fabrican los dispositivos electrónicos y se gestionan sus residuos, contribuyendo significativamente a la mitigación de los e-waste a nivel global.
