di Cleopatra Gatti | Il continuo incremento dell’uso di dispositivi elettronici nelle società avanzate suscita preoccupazioni giustificate dal punto di vista ecologico e sociale, sia per quanto riguarda il reperimento dei materiali rari necessari a produrli, che per il loro corretto smaltimento e riciclo. Si pone quindi la necessità di ripensarne la produzione per renderla sostenibile e di riutilizzare l’elettronica in un’ottica circolare.
L’équipe di ricerca del Sensing Technologies Lab, il laboratorio di nanotecnologie e sensoristica della Libera Università di Bolzano, presso il NOI Techpark, diretta dai professori Paolo Lugli e Luisa Petti, ha sviluppato, in collaborazione con partner interni e internazionali, una nuova tecnologia che utilizza la carta realizzata a partire dagli scarti della frutta per produrre circuiti elettronici stampati. L’idea nasce da un progetto interno dell’Università tra i gruppi del professor Lugli e del professor Nitzan Cohen, preside della Facoltà di Design e Arti, a cui si sono aggiunti altri ricercatori della Facoltà di Ingegneria e di Scienze ambientali, agrarie e alimentari, oltre che delle Università di Trento, Padova e del Sussex. Finanziamenti sono arrivati anche da un progetto bilaterale della Provincia Autonoma di Bolzano nell’ambito della cooperazione tra Sudtirolo e Svizzera, coordinato dal ricercatore Giuseppe Cantarella.
Innovazione nella produzione e nello smaltimento
Il processo produttivo prevede l’utilizzo della stampa laser per carbonizzare la superficie del substrato di cellulosa ricavata dai processi di lavorazione di mele, kiwi e uva.
I substrati di carta sono realizzati con sottoprodotti della lavorazione di tali frutti e sostituiscono l’uso di polpa di legno vergine tipicamente usata per realizzare substrati di carta, riducendo così l’utilizzo di risorse naturali e privilegiando il riutilizzo di prodotti alimentari di scarto. Ottimizzando i parametri del laser, i ricercatori sono stati in grado di realizzare dispositivi elettronici come condensatori, biosensori ed elettrodi per il monitoraggio degli alimenti (ad esempio per il controllo della maturazione della frutta) e per la misurazione della frequenza cardiaca e dell’attività respiratoria. La cellulosa a base di frutta e completamente priva di plastica si è rivelata sicura anche per l’uso sulla pelle umana. L’impiego di sostanze naturali permette infatti ai componenti elettronici di essere biocompatibili con i fibroblasti dermici umani, potenzialmente nei dispositivi indossabili e nei sistemi a contatto con la pelle.
Una tecnologia sostenibile, verde e circolare
L’uso di un substrato naturale consente di attuare due strategie per il riciclaggio dell’elettronica.
Nella prima, i dispositivi possono dissolversi a temperatura ambiente in un arco di 40 giorni senza rilasciare residui nocivi: i componenti elettronici a base di carta si dissolvono in succo di limone (acido citrico), una soluzione naturale molto diffusa e a basso costo. Nella seconda, vengono reintrodotti in natura come supporto per la crescita delle piante o per l’ammendamento del suolo. Grazie a queste sue caratteristiche, questa tecnologia elettronica a basso costo può trovare impieghi in applicazioni nel mercato alimentare, nella diagnostica medica, nell’agricoltura intelligente e nell’Internet of Things, con un impatto nullo o addirittura positivo sull’ecosistema. “Una tecnologia sostenibile e attenta ai consumi energetici per la fabbricazione di dispositivi elettronici richiede caratteristiche speciali, come la lavorabilità su grandi superfici, un consumo energetico limitato e il basso costo di fabbricazione. La tecnica che abbiamo sperimentato è completamente sostenibile, verde e circolare perché utilizza substrati di carta ottenuti dalla lavorazione degli scarti della frutta e una tecnologia di stampa, basata sulla carbonizzazione creata per mezzo di un semplice laser. Potrebbe rappresentare un importante passo avanti per la commercializzazione dell’elettronica”, spiega il professor Paolo Lugli, rettore della Libera Università di Bolzano e responsabile del Sensing Technologies Lab.
Giuseppe Cantarella, primo autore dell’articolo, aggiunge: “La sostenibilità è un argomento che tocca la nostra società e la nostra vita sotto diversi punti di vista. Anche nel mondo della ricerca è necessario affrontare questa sfida globale, con nuove tecnologie che possano ridurre il loro impatto ambientale per salvaguardare il nostro pianeta e le risorse naturali a disposizione. I risultati del nostro studio dimostrano una nuova linea di ricerca, nella quale dispositivi elettronici possono essere sviluppati con una drastica riduzione dei rifiuti generati e con l’uso di nuove tecniche di fabbricazione a bassa emissione di carbonio. Auspico che il nostro sia il primo di una lunga serie di studi sullo sviluppo sostenibile di sistemi intelligenti e nuove tecnologie in ambito elettronico”.
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