Consumentenelektronica vormen een snel groeiende bron van afval. Mobiele telefoons, tablets en dergelijke worden typisch gemaakt van niet-afbreekbare plastics uit fossiele grondstoffen, en deels uit milieuschadelijke materialen. Een nieuw ontwikkelde chip, waarin de metalen ondergrond vervangen is door microvezels van hout, zou de weg kunnen wijzen naar meer duurzame elektronica.
‘Zo veilig als mest’
We hebben al eens geschreven over de prachtige technologie van nanovezels van hout, ook microfibrillen genoemd. Onderzoekers zijn er nu in geslaagd, chips te maken waarvan de ondergrond bestaat uit CNF, cellulose nanofibrillen, een materiaal dat heel goed biologisch afbreekbaar is. In een typische halfgeleiderchip in de elektronica is alleen de dunne bovenlaag actief, terwijl meer dan 99% van het halfgeleidermateriaal gaat zitten in de ondergrond. En in microgolfchips voor mobiele functies wordt alleen een zeer klein deel van het chipoppervlak gebruikt voor de actieve transistors/diodes, de rest is er alleen om andere niet-actieve onderdelen te dragen. Daarom zou een chip met een ondergrond van houtfibrillen meer dan 99% minder milieubelasting geven als de betreffende consumentenelektronica wordt weggegooid.
Gemiddeld worden mobiele telefoons minder dan 18 maanden en computers minder dan 3 jaar gebruikt voordat zij worden vervangen. Onderzoekers schatten dat in 2007 in de VS per dag meer dan 426.000 mobiele telefoons (de meeste nog werkend) en 112.000 computers werden weggegooid; dit betekende in dat jaar een productie van elektronisch afval van 3,2 miljoen ton. Maar onze visie hierop zou totaal kunnen veranderen door de ontdekking van een onderzoeksteam van de universiteit van Wisconsin-Madison, geleid door prof. Zhenqiang ‘Jack’ Ma. Hun artikel, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications beschrijft de nieuwe chip op basis van CNF. Zij bewezen dat CNF de vereiste elektronische eigenschappen heeft voor een ondergrond. ‘Het meeste materiaal in een chip is de ondergrond,’ zegt Ma. ‘Nu zijn de chips zo veilig dat je ze in het bos kan leggen en door de schimmels kunt laten verteren. Ze worden zo veilig als mest.’ Hoewel, denken wij, de resterende 1% van de halfgeleidermaterialen nog steeds een goede reden zouden kunnen zijn voor recycling.
Naar duurzame elektronica
Het belangrijkste werk van de onderzoeksgroep in dit project was het oplossen van twee problemen: de gladheid van het oppervlak en de uitzetting bij hogere temperaturen van het materiaal. Hout is van nature hygroscopisch, het zou vocht uit de lucht kunnen aantrekken en uitzetten. Maar beide problemen werden opgelost door een coating van epoxy op het oppervlak van het CNF-materiaal. Vóór deze chips pleit hun biologische afbreekbaarheid, maar Ma zegt dat hun doorbraak misschien zou kunnen komen door hun flexibiliteit. ‘De huidige halfgeleiderchips zijn zó goedkoop door massaproductie dat de industrie zich waarschijnlijk niet snel zal aanpassen aan ons ontwerp,’ zegt hij. ‘Maar de toekomst is aan flexibele elektronica, en we denken dat we daarin ver voorop lopen.’
En misschien zou deze ontdekking ook nog invloed kunnen hebben op het denken over de circulaire economie. Tot nu toe hebben de ontwerpers van de circulaire economie het belang van de biologische cyclus (op basis van de biologische afbreekbaarheid van materialen) altijd onderschat, alle nadruk leggend op de technische cyclus (industriële recycling). Als zelfs het hart van de elektronica, de chip, geschikt zou worden voor de biologische cyclus, zouden de circulaire economie en de biobased economy naar elkaar kunnen toegroeien, ten voordele van de duurzame elektronica.