Papan sirkuit cetak modern terbuat dari bahan berbasis minyak bumi dan sulit didaur ulang. Para peneliti telah mengembangkan versi biodegradable – langkah penting menuju elektronik berkelanjutan. Biomaterial mereka sepenuhnya didasarkan pada kayu dan dapat diproses menjadi papan sirkuit fungsional untuk perangkat elektronik.
Mereka adalah “jantung” dari setiap perangkat elektronik, dari laptop hingga sikat gigi listrik: papan sirkuit cetak, juga dikenal sebagai PCB. Papan kaku ini ditutupi dengan jejak tembaga dan komponen elektronik yang disolder dan biasanya berwarna hijau. Namun, mereka tidak ramah lingkungan.
Substrat yang umumnya digunakan untuk jejak dan komponen adalah laminasi yang terbuat dari resin epoksi yang diperkuat serat. Bahan gabungan ini didasarkan pada minyak bumi dan tidak dapat didaur ulang. Pembuangan yang tepat mahal, misalnya dalam tungku pirolisis khusus dengan pemurnian udara buang – sebuah tantangan, mengingat sejumlah besar papan sirkuit yang dibuang yang menumpuk untuk dibuang setiap tahun.
Para peneliti yang dipimpin oleh Thomas Geiger dari Cellulose dan Wood Material Laboratory EMPA sedang mengerjakan “hijau”, yaitu opsi berkelanjutan – yang sebenarnya berwarna coklat. Sebagai bagian dari proyek penelitian UE hypelignum (lihat kotak), mereka mengembangkan substrat berbasis kayu untuk PCB yang dapat bersaing dengan resin epoksi konvensional – dan juga sepenuhnya dapat terurai secara hayati. Para peneliti telah memasukkan papan yang dibuat dari materi ini ke dalam tikus komputer yang berfungsi.
Sumber untuk bahan pembawa adalah campuran alami selulosa dengan sejumlah kecil lignin. Sebenarnya, ini adalah produk limbah. “Mitra kami di TNO Research Institute di Belanda telah mengembangkan proses untuk mengekstraksi bahan baku lignin dan hemiselulosa dari kayu,” jelas Geiger. “Yang tersisa adalah lignoselulosa kecoklatan, yang sejauh ini belum ada gunanya.” Geiger, yang memiliki rekam jejak panjang penelitian tentang elektronik yang terbuat dari selulosa, melihat potensi bahan baku.
Namun demikian, tikus komputer yang kompos, para peneliti yakin bahwa resistensi biomaterial berbasis lignoselulosa dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan metode pemrosesan yang sesuai. “Namun, untuk aplikasi tertentu, kita juga perlu memikirkan kembali hubungan kita dengan elektronik,” kata Thomas Geiger. “Banyak perangkat elektronik hanya digunakan selama beberapa tahun sebelum menjadi usang – jadi tidak masuk akal untuk memproduksinya dari bahan yang dapat bertahan selama ratusan tahun.” Bekerja sama dengan mitra industri mereka Profactor GmbH di Austria, para peneliti telah mencetak jejak konduktif di papan sirkuit berkelanjutan mereka dan memasangnya dengan komponen untuk menghasilkan perangkat elektronik yang berfungsi, seperti mouse komputer atau kartu RFID. Di akhir masa pakai, perangkat seperti itu dapat dikomposkan mengingat kondisi yang tepat. Setelah bahan pembawa terurai, komponen logam dan elektronik dapat dihilangkan dari kompos dan didaur ulang. Selanjutnya, para peneliti ingin membuat biomaterial untuk papan sirkuit lebih resisten tanpa mengorbankan biodegradabilitasnya. Mitra proyek juga berencana untuk memproduksi perangkat demonstrasi lebih lanjut dengan pelat lignoselulosa di akhir proyek hypelignum pada tahun 2026. Transfer ke industri juga merupakan suatu keharusan: “Bersama dengan perusahaan Swiss dan Eropa, kami ingin mengembangkan aplikasi lebih lanjut untuk materi lignoselulosa,” kata Geiger.
Agar lignoselulosa serpihan menjadi produk berteknologi tinggi seperti PCB, pertama-tama harus ditumbuk dengan menambahkan air untuk memecah serat selulosa yang relatif tebal menjadi fibril yang lebih tipis. Ini menciptakan jaringan fibril ramping yang baik yang saling berhubungan. Pada langkah berikutnya, air diperas keluar dari campuran di bawah tekanan tinggi. Fibril bergerak lebih dekat dan kering untuk membentuk massa padat. Para peneliti menyebut proses ini hornifikasi. “Lignin yang terkandung dalam materi berfungsi sebagai agen pengikat tambahan,” kata Geiger.
Papan terompet yang dihasilkan hampir sama tahannya dengan papan sirkuit konvensional yang terbuat dari epoksi yang diperkuat serat – hampir. Ini karena papan kompos masih sensitif terhadap air dan kelembaban tinggi. Tetapi air diperlukan karena, “jika tidak ada air yang dapat menembus bahan pembawa sama sekali, mikroorganisme seperti jamur tidak dapat lagi tumbuh di dalamnya – dan karenanya tidak dapat terurai secara hayati,” jelas Geiger.
Proyek Penelitian UE Hypelignum bertujuan untuk mengembangkan pendekatan holistik untuk elektronik fungsional, CO2-netral. Untuk tujuan ini, mitra proyek internasional dari penelitian dan industri menggabungkan bahan baku berbasis kayu dan logam transisi yang tidak kritis mungkin dengan manufaktur aditif dan analisis keberlanjutan canggih. Para peneliti di EMPA terlibat dalam pengembangan papan sirkuit cetak berkelanjutan dan dalam analisis siklus hidup.
www.hypelignum.eu
