Elettronica verde: circuiti stampati da materie prime rinnovabili

25 aprile 2023

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dai Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali

Da molti anni Thomas Geiger conduce ricerche nel campo delle fibrille di cellulosa, fibre fini che possono essere prodotte, ad esempio, dalla pasta di legno o dai rifiuti agricoli. Le fibrille di cellulosa hanno un grande potenziale per la produzione sostenibile e la decarbonizzazione dell’industria: crescono in natura senza CO2, bruciano senza residui e sono persino compostabili. Possono essere utilizzati per molti scopi, ad esempio come rinforzo delle fibre in prodotti tecnici in gomma come le membrane delle pompe.

Ma le fibrille di cellulosa possono forse essere utilizzate anche per realizzare circuiti stampati che riducano l’impronta ecologica dei computer? Soprattutto i circuiti stampati (PCB) sono tutt'altro che innocenti dal punto di vista ecologico: sono solitamente costituiti da fibre di vetro imbevute di resina epossidica. Un simile materiale composito non è riciclabile e per ora può essere smaltito adeguatamente solo in appositi impianti di pirolisi.

Geiger aveva già prodotto circuiti stampati con fibrille di cellulosa e aveva studiato la loro biodegradazione. Le biofibrille, mescolate con acqua, producono un fango denso che può essere disidratato e compattato in un'apposita pressa. Insieme ad un collega ha prodotto 20 schede sperimentali, che sono state sottoposte a vari test meccanici e infine dotate di componenti elettronici. Il test ha avuto esito positivo e il pannello di cellulosa ha rilasciato i componenti saldati dopo alcune settimane nel terreno naturale.

Geiger aveva precedentemente collaborato con la Scuola universitaria professionale OST di Rapperswil in un progetto Innosuisse che produceva parti di alloggiamenti per mouse di computer. Le parti dell'alloggiamento hanno una lucentezza setosa e sono simili per colore e sensazione ai pezzi in avorio. Ma non è stato trovato nessun produttore che volesse adottare il metodo. La concorrenza sui prezzi per la piccola elettronica è ancora troppo forte e i tradizionali processi di stampaggio a iniezione della plastica hanno un chiaro vantaggio in questo senso.

Recentemente si è presentata l’opportunità di basarsi su conoscenze esistenti: alla specialista di sostenibilità dell’Empa Claudia Som è stato chiesto se desiderava collaborare al progetto di ricerca europeo Hypelignum. L'istituto svedese di ricerca sui materiali RISE è alla ricerca di nuovi modi per produrre elettronica in modo sostenibile. Claudia Som si è avvalsa dell'aiuto del suo collega Thomas Geiger.

Il progetto è iniziato nell'ottobre 2022 e il consorzio di ricerca, con partecipanti provenienti da Austria, Slovenia, Spagna, Paesi Bassi, Svezia e Svizzera, prevede di produrre e valutare circuiti stampati ecologici costituiti da vari materiali: oltre alla cellulosa nanofibrillata (CNF), si stanno studiando lana di legno e pasta di legno come base; l'impiallacciatura di legno viene utilizzata anche come base per i circuiti stampati.