منوعات

يمكن إعادة تدوير لوحات الدوائر الجديدة بشكل متكرر

يكشف تقرير حديث للأمم المتحدة أن العالم ولّد 137 مليار رطل من النفايات الإلكترونية في عام 2022، أي بزيادة قدرها 82% عن عام 2010. ومع ذلك، تم إعادة تدوير أقل من ربع النفايات الإلكترونية في عام 2022. على الرغم من وجود العديد من العوامل التي تعيق الحياة المستدامة للإلكترونيات، إلا أن أحدها هو أننا لا نملك أنظمة واسعة النطاق لإعادة تدوير لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) الموجودة في جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا.

عادةً ما تُصنع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور – التي تحتوي على الرقائق والترانزستورات والمكونات الأخرى وتربطها فيما بينها – من طبقات من صفائح رقيقة من الألياف الزجاجية مغلفة بالبلاستيك الصلب ومغلفة بالنحاس. ولا يمكن فصل هذا البلاستيك بسهولة عن الزجاج، ولهذا السبب تتراكم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في كثير من الأحيان في مدافن النفايات، حيث يمكن أن تتسرب المواد الكيميائية الخاصة بها إلى البيئة. أو يتم حرقها لاستخراج المعادن الثمينة من أجهزتها الإلكترونية مثل الذهب والنحاس. يعد هذا الحرق، الذي يتم إجراؤه غالبًا في البلدان النامية، إسرافًا وقد يكون سامًا، خاصة بالنسبة لأولئك الذين يقومون بهذا العمل دون حماية كافية.

قام فريق بقيادة باحثين من جامعة واشنطن بتطوير PCB جديد يمكن مقارنته في الأداء بالمواد التقليدية ويمكن إعادة تدويره بشكل متكرر مع خسارة مادية ضئيلة. استخدم الباحثون مذيبًا يحول نوعًا من الزجاج – فئة متطورة من البوليمرات المستدامة – إلى مادة تشبه الهلام دون الإضرار بها، مما يسمح باستخلاص المكونات الصلبة لإعادة استخدامها أو إعادة تدويرها.

ويمكن بعد ذلك استخدام الهلام الزجاجي بشكل متكرر لتصنيع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور جديدة عالية الجودة، على عكس المواد البلاستيكية التقليدية التي تتحلل بشكل كبير مع كل عملية إعادة تدوير. باستخدام هذه “vPCBs” (الألواح المطبوعة بالزجاج)، استعاد الباحثون 98% من الزجاج و100% من الألياف الزجاجية، بالإضافة إلى 91% من المذيبات المستخدمة في إعادة التدوير.

نشر الباحثون نتائجهم في 26 أبريل استدامة الطبيعة.

وقال المؤلف الرئيسي المشارك فيكرام آير، وهو أستاذ مساعد في جامعة ويسكونسن في كلية بول جي ألين لعلوم وهندسة الكمبيوتر: “تمثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور جزءًا كبيرًا إلى حد ما من كتلة وحجم النفايات الإلكترونية”. “لقد تم تصميمها لتكون مثبطة للهب ومقاومة للمواد الكيميائية، مما يجعلها قوية جدًا. ولكن هذا أيضًا يجعل إعادة تدويرها مستحيلة تقريبًا. هنا، قمنا بإنشاء تركيبة مادة جديدة لها خصائص كهربائية مماثلة للمواد التقليدية. ثنائي الفينيل متعدد الكلور وكذلك عملية لإعادة تدويرها بشكل متكرر.

الزجاجيات هي فئة من البوليمرات تم تطويرها لأول مرة في عام 2015. عند تعرضها لظروف معينة، مثل الحرارة فوق درجة حرارة معينة، يمكن لجزيئاتها إعادة ترتيب وتشكيل روابط جديدة. وهذا يجعلها “قابلة للإصلاح” (يمكن تقويم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المثني، على سبيل المثال) وقابلة لإعادة التدوير بشكل كبير.

وقال المؤلف المشارك الرئيسي أنيروده فاشيست، وهو أستاذ مساعد في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة ويسكونسن: “على المستوى الجزيئي، تشبه البوليمرات إلى حد ما معكرونة السباغيتي، حيث يتم لفها وضغطها”. “لكن الزجاجات متميزة لأن الجزيئات التي تشكل كل المعكرونة يمكن أن تنفصل وتعيد الاتصال. يبدو الأمر كما لو أن كل قطعة من السباغيتي مصنوعة من قطع الليغو الصغيرة.”

انحرفت العملية التي استخدمها الفريق لإنشاء vPCB قليلاً عن تلك المستخدمة في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تقليديًا، يتم الاحتفاظ بطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور شبه المعالجة في ظروف باردة وجافة حيث تكون لها فترة صلاحية محدودة قبل أن يتم تصفيحها بالضغط الساخن. وبما أن الزجاجات يمكن أن تشكل روابط جديدة، فقد قام الباحثون بتصفيح طبقات معالجة بالكامل من vPCB. ووجد الباحثون أنه لإعادة تدوير مركبات vPCBs، يمكنهم غمر المادة في مذيب عضوي بنقطة غليان منخفضة نسبيًا. أدى هذا إلى نفخ بلاستيك vPCB دون الإضرار بالألواح الزجاجية والمكونات الإلكترونية، مما سمح للباحثين باستخراجها لإعادة استخدامها.

تفتح هذه العملية عدة مسارات نحو دورات حياة أكثر استدامة ودائرية لثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن في بعض الحالات إصلاح لوحات الدوائر التالفة، مثل تلك التي بها شقوق أو تزييف. إذا لم يتم إصلاحها، فقد تنفصل عن مكوناتها الإلكترونية. يمكن بعد ذلك إعادة تدوير هذه المكونات أو إعادة استخدامها، في حين يمكن إعادة تدوير الزجاج والألياف الزجاجية إلى مركبات vPCBs جديدة.

اختبر الفريق القوة والخواص الكهربائية للوحة PCBB الخاصة بهم ووجدوا أنها تؤدي أداءً مشابهًا لمواد PCB الأكثر شيوعًا (FR-4). يستخدم فاشيست والمؤلف المشارك Bichlien H. Nguyen، الباحث الرئيسي في Microsoft Research والأستاذ المساعد المنتسب في كلية Allen، الذكاء الاصطناعي لاستكشاف تركيبات vitrimer جديدة لاستخدامات مختلفة.

لن يؤدي إنتاج vPCBs إلى تغييرات كبيرة في عمليات التصنيع.

قال المؤلف الرئيسي زيهان تشانغ، طالب الدكتوراه في جامعة ويسكونسن: “الشيء الجميل هو أن العديد من الصناعات – مثل الطيران والسيارات وحتى الإلكترونيات – لديها بالفعل نظام معالجة لأنواع الإيبوكسي المكون من جزأين الذي نستخدمه هنا”. طالب في مدرسة ألين.

قام الفريق بتحليل التأثير البيئي ووجد أن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعاد تدويرها يمكن أن تؤدي إلى انخفاض بنسبة 48% في احتمالات الاحتباس الحراري وانخفاض بنسبة 81% في الانبعاثات المسببة للسرطان مقارنة بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية. في حين أن هذا العمل يقدم حلاً تكنولوجيًا، يلاحظ الفريق أن العائق الكبير أمام إعادة تدوير مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور على نطاق واسع هو إنشاء أنظمة وحوافز لجمع النفايات الإلكترونية حتى يمكن إعادة تدويرها.

وقال نغوين: “من أجل التنفيذ الحقيقي لهذه الأنظمة، يجب أن يكون هناك تكافؤ في التكلفة ولوائح حكومية صارمة”. “في المستقبل، يجب علينا تصميم المواد وتحسينها مع مراعاة معايير الاستدامة كمبدأ أول لدينا.”

ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين Agni K. Biswal، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ويسكونسن في قسم الهندسة الميكانيكية؛ أنكوش ناندي، طالب دكتوراه في جامعة ويسكونسن في قسم الهندسة الميكانيكية؛ كالي فروست، العالم التطبيقي الرئيسي في شركة مايكروسوفت للأبحاث؛ وجيك أ. سميث، الباحث الرئيسي في شركة مايكروسوفت للأبحاث والباحث المنتسب في مدرسة ألين؛ وشويتاك باتيل، أستاذ جامعة ويسكونسن في كلية ألين وقسم الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر. يتم تمويل هذا البحث من قبل مبادرة مايكروسوفت لأبحاث المناخ، وجائزة أمازون للأبحاث، وبرنامج Google Research Scholar. تم دعم تشانغ من قبل زمالة الدراسات العليا في معهد الطاقة النظيفة بجامعة ويسكونسن.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى