دوائر إلكترونية قابلة لإعادة التدوير والتشكيل.. ابتكار جديد يغيّر قواعد اللعبة

بين الترقيات والأعطال التي تطرأ على الهواتف المحمولة، والأجهزة اللوحية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة المنزلية، يُتخلَّص من العديد من الأجهزة الإلكترونية في سلة المهملات، حتى أصبحت تحمل اسمًا خاصًا بها: النفايات الإلكترونية.

ووفقًا لتقرير صادر عن الأمم المتحدة عام 2024، تضاعفت كمية النفايات الإلكترونية في جميع أنحاء العالم تقريبًا خلال السنوات الـ12 الماضية، من 34 مليارًا إلى 62 مليار كيلوجرام — أي ما يعادل 1.55 مليون شاحنة شحن — ومن المتوقع أن تصل إلى 82 مليار كيلوجرام بحلول عام 2030.

ومن المتوقع إعادة تدوير 13.8 مليار كيلوجرام فقط، أي نحو 20٪ من الإجمالي، ومن المرجح أن يظل هذا الرقم ثابتًا.

ببساطة، نتخلص من المزيد والمزيد من الأجهزة الإلكترونية، في حين لا تواكب إعادة التدوير هذا التطور.

لكن دراسة نُشرت في مجلة “المواد المتقدمة“، أجراها فريقان بحثيان من جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، تُقدِّم حلًا محتملًا لمشكلة النفايات الإلكترونية: مادة قابلة لإعادة التدوير تُسهِّل تفكيك الأجهزة الإلكترونية وإعادة استخدامها.

الكيمياء والهندسة لديهما إجابة

مايكل بارتليت، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية، وجوش وورش، الأستاذ المساعد في الكيمياء، ينتميان إلى مجالات مختلفة، لكنهما معًا أنشآ فئة جديدة من مواد الدوائر.

وبفضل العمل الدؤوب لفريقهما من الباحثين في مرحلة ما بعد الدكتوراه وطلاب الدراسات العليا، بمن فيهم دونغ هاي هو، ومينج جيانج، ورافي توتيكا، أصبحت الدوائر الجديدة قابلة لإعادة التدوير، وموصلة للكهرباء، وقابلة لإعادة التشكيل، وذاتية الإصلاح بعد التلف، ومع ذلك، فهي تحتفظ بقوة ومتانة بلاستيك لوحات الدوائر التقليدية — وهي خصائص نادرًا ما تجتمع في مادة واحدة.

تبدأ المادة الجديدة بزجاجية، وهي بوليمر ديناميكي قابل لإعادة التشكيل والتدوير.

وتُدمج هذه المادة متعددة الاستخدامات مع قطرات من المعدن السائل، الذي ينقل التيار الكهربائي كما تفعل المعادن الصلبة في الدوائر الكهربائية التقليدية.

هذا نهج مختلف جذريًا عن الإلكترونيات المرنة أو القابلة لإعادة التدوير الأخرى.

فمن خلال دمج بوليمرات عالية الأداء وقابلة للتكيّف مع معادن سائلة موصلة للكهرباء، تصمد الدائرة الجديدة أمام تحديات عديدة.

وقال بارتليت: “مادتنا تختلف عن المواد المركبة الإلكترونية التقليدية، تتميز لوحات الدوائر بمرونة عالية وفعالية ممتازة، حتى في ظل التشوهات أو الأضرار الميكانيكية، تظل هذه المواد فعّالة”.

حياة ثانية

تتضمن عملية إعادة تدوير لوحات الدوائر التقليدية عدة خطوات تفكيك كثيفة الاستهلاك للطاقة، وتُنتج كميات كبيرة من النفايات.

وتُفقد مليارات الدولارات من المكونات المعدنية القيّمة في هذه العملية.

إن إعادة تدوير لوحة الدائرة الخاصة بالفريق أمر بسيط ويمكن إنجازه بعدة طرق.

وقال وورش: “تُصنع لوحات الدوائر التقليدية من مواد صلبة بالحرارة، يصعب إعادة تدويرها بشكل كبير، أما مادتنا المركبة الديناميكية، فيمكن معالجتها أو إعادة تشكيلها في حال تعرضها للتلف بالحرارة، دون أن يتأثر الأداء الكهربائي.

أما لوحات الدوائر الحديثة، فببساطة، لا يمكنها القيام بذلك”.

ويمكن أيضًا تفكيك لوحات دوائر الزجاجيات في نهاية عمرها الافتراضي باستخدام التحليل المائي القلوي، مما يُتيح استعادة مكونات رئيسية مثل المعدن السائل ومصابيح LED ويظل إعادة استخدام جميع مكونات المركّبات الموصلة بالكامل في عملية حلقة مغلقة هدفًا للأبحاث المستقبلية.

ورغم أنه قد لا يكون من الممكن الحد من كمية الأجهزة الإلكترونية التي يتخلص منها المستهلكون حول العالم، فإن هذا العمل يمثل خطوة رئيسية نحو إبقاء المزيد من الأجهزة الإلكترونية بعيدًا عن مكبات النفايات.