باحثون يطورون لوحات دوائر إلكترونية صديقة للبيئة تتحلل بعد الاستخدام

نجح باحثون من جامعة فرايبيرج للتعدين والتكنولوجيا في ألمانيا في تطوير لوحات دوائر إلكترونية مطبوعة قابلة للتحلل الحيوي بالكامل، باستخدام غزل فطر الرشاش الأسود (Aspergillus niger)، وهو ناتج ثانوي يتبقى من عمليات إنتاج حمض الستريك على المستوى الصناعي، في خطوة قد تسهم في الحد من أزمة النفايات الإلكترونية وتقليل الانبعاثات الكربونية.

بديل مستدام للوحات الإلكترونية التقليدية

تُعد لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) المكون الأساسي لمعظم الأجهزة الإلكترونية، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والألعاب الإلكترونية، إلا أنها تُصنع عادة من راتنجات الإيبوكسي المدعمة بالألياف الزجاجية، وهي مواد مشتقة من الوقود الأحفوري يصعب إعادة تدويرها أو تحللها بيولوجيًا.

ونُشرت نتائج الدراسة في دورية Cleaner Materials.

وللتغلب على هذه المشكلة، استغل الباحثون الكتلة الحيوية المتبقية من فطر الرشاش الأسود، والتي غالبًا ما تُعامل كنفايات صناعية بعد إنتاج حمض الستريك، وحولوها إلى مادة تشبه البلاستيك من خلال عملية تشكيل وتجفيف بالهواء، دون الحاجة إلى أي مواد خام أحفورية إضافية.

أداء واعد في التطبيقات منخفضة التردد

أنتجت العملية ألواحًا بسماكة تقارب 0.5 سنتيمتر وكثافة تبلغ 1.23 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب، وهي خصائص تقترب من خصائص لوحات الدوائر التقليدية.

كما نجح الفريق في تثبيت المكونات الإلكترونية على الألواح الجديدة باستخدام تقنيات الطباعة بالحبر المباشر أو الحفر الكيميائي التقليدي، إضافة إلى اللحام اليدوي للمكونات.

وأظهرت الاختبارات المعملية أن المادة الحيوية تتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة ومقاومة حرارية مناسبة، ما يجعلها صالحة للاستخدام في النماذج الأولية والتطبيقات الإلكترونية منخفضة التردد، مثل أجهزة الاستشعار البيئية، والألعاب الإلكترونية، وبعض المنتجات الاستهلاكية.

ورغم ذلك، يشير الباحثون إلى أن المادة لا تزال بحاجة إلى مزيد من التطوير لتحسين خصائصها الكهربائية وتقليل امتصاصها للماء، فضلًا عن اجتياز المعايير الصناعية الخاصة بلوحات الدوائر الإلكترونية.

مواجهة أزمة النفايات الإلكترونية

تأتي هذه التقنية في ظل توقعات تشير إلى أن حجم النفايات الإلكترونية عالميًا سيصل إلى نحو 82 مليون طن متري بحلول عام 2030، ما يجعل تطوير مواد إلكترونية قابلة للتحلل وإعادة الاستخدام ضرورة متزايدة.

ويحمل الابتكار اسم AnimatPCB، ويتميز بإمكانية تحلل اللوحة الحيوية بالكامل بعد انتهاء عمرها التشغيلي، بينما يمكن استعادة المكونات الإلكترونية المثبتة عليها وإعادة استخدامها، وهو ما يسهم في تقليل المخلفات وتعزيز كفاءة استخدام الموارد.

خفض الانبعاثات بنسبة 56%

أظهرت تحليلات دورة الحياة أن استخدام المادة الحيوية الجديدة يخفض البصمة الكربونية بنسبة تصل إلى 56% مقارنة بلوحات الدوائر الإلكترونية التقليدية.

كما يمكن إذابة اللوحات بسهولة وأمان في الماء عند انتهاء عمرها الافتراضي، ما يسهل عملية فصل المكونات الإلكترونية واستعادتها، ويدعم تطبيقات الاقتصاد الدائري في قطاع الإلكترونيات.

ويرى الباحثون أن تحويل مخلفات إنتاج حمض الستريك إلى مادة إلكترونية عالية القيمة يبرهن على إمكانية تطوير منتجات إلكترونية متقدمة دون الاعتماد على المواد الأحفورية، مع تقليل الأثر البيئي على مدار دورة حياتها.

ويؤكد الفريق أن هذا الابتكار يمثل خطوة مهمة نحو بناء صناعة إلكترونيات أكثر استدامة، تعتمد على المواد الحيوية القابلة للتحلل وإعادة الاستخدام، بما يحد من تراكم النفايات الإلكترونية ويدعم التحول إلى اقتصاد دائري منخفض الانبعاثات.