Η τεχνολογία και η οικολογία συχνά παρουσιάζονται ως έννοιες αντίθετες, ωστόσο μια νέα ερευνητική ανακάλυψη έρχεται να γεφυρώσει αυτό το χάσμα με τον πιο αναπάντεχο τρόπο. Στα εργαστήρια της Scuola Superiore Sant'Anna στην Πίζα, τα υπολείμματα από την κατανάλωση αμυγδάλων δεν καταλήγουν στα σκουπίδια, αλλά μετατρέπονται σε υψηλής τεχνολογίας εξαρτήματα. Μια ομάδα ερευνητών κατάφερε να δημιουργήσει πλήρως λειτουργικά, βιοδιασπώμενα ηλεκτρονικά κυκλώματα και αισθητήρες χρησιμοποιώντας ως βασική πρώτη ύλη τα κελύφη των αμυγδάλων, ανοίγοντας νέους δρόμους για τη διαχείριση των ηλεκτρονικών αποβλήτων.
Η καινοτομία πίσω από το project LIGASH
Η πρωτοβουλία, που φέρει την ονομασία LIGASH (Laser Induced Graphene from waste Almond Shells), στοχεύει στην αντιμετώπιση ενός από τα μεγαλύτερα σύγχρονα περιβαλλοντικά προβλήματα: τη συσσώρευση ηλεκτρονικών αποβλήτων (e-waste). Ο Francesco Greco, αναπληρωτής καθηγητής βιομηχανικής και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, μαζί με τους συνεργάτες του, εστίασαν σε ένα υλικό που η βιομηχανία τροφίμων απορρίπτει κατά τόνους.
Η διαδικασία παραγωγής είναι εντυπωσιακά εφευρετική. Τα σκληρά κελύφη των αμυγδάλων κονιορτοποιούνται και αναμειγνύονται με χιτοζάνη, ένα φυσικό βιοπολυμερές που προέρχεται από τα κελύφη οστρακοειδών (όπως οι γαρίδες και τα καβούρια). Το μείγμα αυτό δημιουργεί ένα εύκαμπτο, ανθεκτικό φιλμ, το οποίο λειτουργεί ως υπόστρωμα για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Το «μαγικό» συστατικό της διαδικασίας είναι η τεχνική Laser Induced Graphene - LIG. Μέσω της στόχευσης του βιο-υλικού με ακτίνες laser, οι ερευνητές μετατρέπουν επιλεκτικά τον άνθρακα που περιέχεται στα κελύφη σε γραφένιο, ένα υλικό με εξαιρετικές ιδιότητες αγωγιμότητας. Με αυτόν τον τρόπο, «γράφουν» κυριολεκτικά τα κυκλώματα πάνω στο φυσικό υπόστρωμα, χωρίς τη χρήση τοξικών χημικών ή σπάνιων μετάλλων.
Από το εργαστήριο στο χώμα: Πλήρης βιοδιάσπαση σε 90 ημέρες
Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό αυτών των νέων ηλεκτρονικών δεν είναι μόνο η προέλευσή τους, αλλά και το τέλος τους. Σε αντίθεση με τα συμβατικά κυκλώματα που παραμένουν στο περιβάλλον για εκατοντάδες χρόνια, οι συσκευές που ανέπτυξε η ιταλική ομάδα έχουν σχεδιαστεί για να επιστρέφουν στη φύση.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι τα κυκλώματα αυτά είναι πλήρως βιοδιασπώμενα. Όταν θάβονται στο έδαφος, αποσυντίθενται φυσικά μέσα σε διάστημα περίπου 90 ημερών. Αυτή η ιδιότητα τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές όπου η ανάκτηση του εξοπλισμού είναι δύσκολη ή δαπανηρή, όπως στην «έξυπνη» γεωργία. Φανταστείτε αισθητήρες που παρακολουθούν την υγρασία του εδάφους ή την ποιότητα του νερού σε μια καλλιέργεια και, μόλις ολοκληρώσουν τον κύκλο ζωής τους, απλώς λιπαίνουν το χώμα αντί να το μολύνουν.
Τεχνολογικές επιδόσεις και εφαρμογές
Μπορεί όμως ένα κύκλωμα από... αμύγδαλα να λειτουργήσει αποτελεσματικά; Η απάντηση της ερευνητικής ομάδας είναι κατηγορηματικά θετική. Μέχρι στιγμής, έχουν κατασκευάσει με επιτυχία αντιστάτες, πυκνωτές, καθώς και αισθητήρες υγρασίας που ανταποκρίνονται με ακρίβεια στις μεταβολές του περιβάλλοντος.
Η Yulia Steksova, διδακτορική φοιτήτρια στη Scuola Superiore Sant'Anna και πρώτη συγγραφέας της μελέτης, επισημαίνει ότι το βιο-σύνθετο αυτό υλικό αποδείχθηκε εξαιρετικά κατάλληλο για εφαρμογές ευέλικτης ηλεκτρονικής (flexible electronics). Η αντοχή του, σε συνδυασμό με την ευκαμψία του, επιτρέπει τη δημιουργία συσκευών που μπορούν να προσαρμόζονται σε διάφορες επιφάνειες, ανοίγοντας το δρόμο ακόμα και για ιατρικούς αισθητήρες μιας χρήσης που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον.
Συνεργασία για ένα βιώσιμο μέλλον
Η επιτυχία του εγχειρήματος βασίστηκε σε μια διεπιστημονική προσέγγιση. Πέρα από τους μηχανικούς και τους βιοτεχνολόγους, καθοριστική ήταν η συμβολή της εταιρείας Damiano Organic, ενός παγκόσμιου ηγέτη στην παραγωγή βιολογικών αμυγδάλων, η οποία παρείχε την πρώτη ύλη και τεχνογνωσία σχετικά με τις ιδιότητες των κελυφών. Παράλληλα, συμμετείχαν ερευνητικά κέντρα όπως το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Γκρατς και το Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας.
Αυτή η σύμπραξη ακαδημαϊκής κοινότητας και βιομηχανίας αναδεικνύει το πραγματικό δυναμικό της κυκλικής οικονομίας. Αντί να αναζητούμε συνεχώς νέους πόρους, η λύση βρίσκεται συχνά στην αξιοποίηση αυτών που ήδη έχουμε και θεωρούμε άχρηστα.
Η επόμενη μέρα για την Πράσινη Τεχνολογία
Η ανάπτυξη των κυκλωμάτων από κελύφη αμυγδάλου αποτελεί μια απτή απόδειξη ότι η ηλεκτρονική βιομηχανία μπορεί να αλλάξει κατεύθυνση. Με την παγκόσμια παραγωγή ηλεκτρονικών αποβλήτων να αυξάνεται εκθετικά, η ανάγκη για υλικά που σχεδιάζονται με γνώμονα, όχι μόνο τη χρήση, αλλά και την απόρριψή τους, είναι επιτακτική.
Η έρευνα αυτή θέτει τα θεμέλια για μια νέα γενιά «πράσινων» συσκευών. Στο άμεσο μέλλον, το smartphone ή το smartwatch μας μπορεί να μην είναι φτιαγμένο από αμύγδαλα, αλλά οι αισθητήρες που ελέγχουν την ποιότητα του αέρα που αναπνέουμε ή την ασφάλεια των τροφίμων μας, πολύ πιθανόν να είναι. Είναι ένα βήμα προς μια τεχνολογία που λειτουργεί σε αρμονία με το οικοσύστημα, αποδεικνύοντας ότι η φύση είναι ο καλύτερος μηχανικός.
