Sembra che ogni pochi mesi ci sia un nuovo cellulare, laptop o tablet che è così eccitante che le persone si mettono in fila intorno all'isolato per metterci le mani sopra. Mentre la continua introduzione di nuovi, l'elettronica leggermente più avanzata ha reso aziende come Apple un enorme successo, la breve durata di conservazione di questi dispositivi elettronici è dannosa per l'ambiente.

L'elettronica moderna è piena di circuiti stampati su cui sono saldati insieme vari metalli e plastiche. Alcuni di questi materiali sono tossici o si decompongono in sostanze tossiche. Sono in corso sforzi per promuovere il riciclaggio dei rifiuti elettronici, recuperare i materiali che possono essere riutilizzati e smaltire correttamente il resto. Ma la maggior parte dei dispositivi finisce per aggiungersi alle crescenti pile di rifiuti elettronici nelle discariche.

Invece di aggiungere altra spazzatura a questi mucchi in continua crescita, c'è l'opportunità di creare componenti elettronici biodegradabili. Ecco perché io e altri ricercatori stiamo guardando al campo emergente dell'elettronica basata su carta, nota come "papertronics". Sono flessibili, persino pieghevoli, sostenibili, rispettoso dell'ambiente e a basso costo.

Ma per essere veramente ecologici, papertronics non può utilizzare le batterie tradizionali, che sono fatti di metalli e acidi caustici, immagazzinare e scaricare l'elettricità. Recentemente, io e il mio collega chimico Omowunmi Sadik abbiamo sviluppato una batteria di carta riciclabile e biodegradabile, oltre che abbastanza affidabile da poter essere effettivamente utilizzato. La chiave sono i batteri.

Bio-batterie flessibili

Ho sviluppato batterie flessibili, batterie alimentate da saliva e altro. Ho pensato che quando cercavo di alimentare l'elettronica cartacea, aveva senso provare a fare una batteria di carta. Fortunatamente, la carta è un buon potenziale materiale per batterie:è flessibile, un buon isolante - che lo rende una buona piattaforma per il montaggio di componenti elettronici - e assorbe e rilascia facilmente i fluidi. Abbiamo aggiunto polimeri - acido poli (amico) e poli (anidride piromellitica-p-fenilendiammina) - per migliorare quelle caratteristiche elettriche.

Quindi, immagazzinare energia nella batteria, al posto dei metalli e degli acidi che reagiscono chimicamente per generare elettroni, abbiamo aggiunto i batteri. Quando queste batterie saranno eventualmente commercializzate, useranno batteri sicuri per l'uomo e l'ambiente e ben contenuti per ridurre qualsiasi altra contaminazione.

Poiché la carta è ruvida e porosa, i batteri si attaccano ad esso, e generare la propria energia abbattendo quasi tutto il materiale organico disponibile, compreso materiale vegetale o acque reflue. Al momento, stiamo preconfezionando il materiale di partenza, ma potrebbe anche provenire dall'ambiente. Questa reazione chimica produce elettroni. Normalmente in una reazione batterica, quegli elettroni si legherebbero con l'ossigeno, ma abbiamo costruito la nostra batteria per limitare l'ossigeno e sostituire un elettrodo, il che significa che possiamo catturare il flusso di elettroni e usarlo per alimentare i dispositivi.

Eravamo preoccupati che l'ossigeno potesse entrare nella carta e interrompere il flusso di elettroni tra i batteri, diminuendo l'efficienza della batteria. Abbiamo scoperto che mentre ciò accade, ha effetti minimi. Questo perché così tante cellule batteriche sono così strettamente attaccate alle fibre di carta; formano un biofilm multistrato che protegge la reazione chimica dalla maggior parte dell'ossigeno.

Volevamo anche una batteria che potesse biodegradarsi. I batteri nella batteria stessa, una volta che hanno finito di rilasciare energia, può abbattere la carta e i polimeri in componenti innocui. In acqua, la nostra batteria si biodegrada facilmente, senza alcuna attrezzatura speciale o altri microrganismi per aiutare nella ripartizione.

Le strutture in carta polimerica sono leggere, a basso costo e flessibile. Questa flessibilità consente anche alle batterie di piegarsi come un normale pezzo di carta, o essere impilati uno sopra l'altro. Ciò consente a una maggiore potenza della batteria di adattarsi a spazi più piccoli.

Promesse e opportunità

Papertronics può essere particolarmente utile in aree remote con risorse limitate perché sono alimentati da batteri che possono abitare anche nelle condizioni più estreme e abbattere quasi tutti i materiali per produrre elettroni. Non hanno bisogno di una rete elettrica ben consolidata, o. Inoltre, sebbene le batterie di carta siano progettate per essere usa e getta dopo l'uso, i loro materiali sono riciclabili e nuove batterie possono essere create da carta riciclata.

Rivoluzionarie come lo sono le bio-batterie a base di carta per i futuri dispositivi elettronici, sono abbastanza semplici da realizzare. I polimeri e i batteri possono essere miscelati con la carta nei processi di produzione tradizionali, compresa la stampa roll-to-roll e la serigrafia, o anche essere verniciati o versati direttamente sulla carta.

Alle batterie di carta possono essere aggiunti anche altri materiali, come metalli, semiconduttori, isolanti e nanoparticelle. Queste e altre sostanze possono aggiungere più proprietà e capacità ai dispositivi cartacei, aprendo nuove porte per la prossima generazione di elettronica.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.