Uno studi della Northeastern University di Boston analizza cosa resta davvero dei dispositivi elettronici progettati per dissolversi.
Credits: Matthew Modoono/Northeastern University
Studiato il fine vita dell’elettronica biodegradabile
L’elettronica biodegradabile non significa necessariamente assenza di impatti ambientali nel lungo periodo. È questo il sorprendente risultato dello studio “End-of-Life usefulness of degradation by-products from transient electronics”, pubblicato sulla rivista scientifica npj Flexible Electronics da alcuni ricercatori della Northeastern University di Boston.
La ricerca analizza in modo sistematico cosa accade, nel tempo, ai sottoprodotti generati dalla degradazione di dispositivi elettronici progettati per dissolversi dopo l’uso. I risultati mostrano che, anche quando i dispositivi scompaiono visivamente, possono rimanere nell’ambiente microplastiche, polimeri persistenti e complessi metallici con potenziali effetti ambientali e sanitari.
La biodegradazione non garantisce sicurezza ambientale
Secondo i ricercatori Sandhu e Dahiya, la semplice capacità di un dispositivo di disintegrarsi non è sufficiente per definirlo sostenibile. Nello studio, gli autori spiegano che durante la degradazione avvengono interazioni complesse tra materiali organici, polimeri sintetici e metalli.
Queste interazioni possono generare molecole con chimica non completamente nota, talvolta più persistenti dei materiali di partenza. La ricerca si inserisce nel contesto di una crescita globale dei rifiuti elettronici, stimati in circa 60 milioni di tonnellate annue, con una previsione di 75 milioni di tonnellate entro il 2030, rendendo urgente una valutazione più rigorosa delle soluzioni proposte come alternative sostenibili.
Elettronica biodegradabile: il caso del sensore di pressione analizzato per 18 mesi
Il primo dispositivo studiato dai ricercatori è un sensore di pressione capacitivo parzialmente degradabile, composto da fibroina della seta, polietilene ossido (PEO), rame e substrato in poliimmide. Come riportato nello studio, il dispositivo è stato osservato per 18 mesi in condizioni controllate. I risultati mostrano che i materiali naturali, come la fibroina, si degradano relativamente rapidamente producendo peptidi e composti organici semplici. Il rame, invece, rilascia ioni Cu²⁺ che formano complessi stabili. Dopo 18 mesi, circa il 90% del dispositivo risulta degradato, ma una parte dei sottoprodotti rimane in soluzione. Gli autori sottolineano che elevate concentrazioni di rame nel suolo possono risultare dannose per piante e organismi, rendendo necessarie valutazioni tossicologiche mirate.
Fotodiodi e polimeri persistenti
Il secondo caso analizzato riguarda un fotodiodo completamente degradabile, basato su substrato in acetato di cellulosa e su elettrodi in PEDOT:PSS. Il dispositivo è stato monitorato per oltre 7 mesi in soluzioni acquose a diversi livelli di pH. Mentre l’acetato di cellulosa si dissolve in poche settimane, Sandhu e Dahiya evidenziano che il PEDOT:PSS presenta un comportamento molto diverso.
Secondo i dati riportati, la degradazione completa può richiedere più di 8 anni, con la formazione di derivati del polistirene e microplastiche, definiti dagli autori “quasi non degradabili”. Anche in assenza di residui visibili, le analisi strumentali rilevano la presenza di frammenti polimerici persistenti.
Materiali naturali e sintetici a confronto
La ricerca distingue chiaramente tra materiali naturali e polimeri sintetici. Cellulosa e fibroina della seta, secondo i ricercatori, mostrano tassi di degradazione più rapidi e rilasciano sottoprodotti considerati non dannosi.
Al contrario, materiali come il PEDOT:PSS, pur garantendo elevate prestazioni elettroniche, pongono criticità ambientali significative. Lo studio evidenzia inoltre che molte valutazioni di biocompatibilità disponibili in letteratura coprono periodi di pochi giorni o settimane, mentre i processi di degradazione reale avvengono su scale temporali di anni.
Un problema che inizia prima del fine vita
Oltre alla fase di degradazione, lo studio della Northeastern University richiama l’attenzione sull’impatto ambientale dei processi produttivi. La produzione elettronica resta in larga parte lineare e ad alta intensità di risorse.
Come ricordano gli autori, la realizzazione di un wafer di silicio può richiedere fino a 6.000 litri di acqua, che diventano acqua di scarto contaminata. In un contesto di crescente stress idrico globale, questo modello produttivo appare incompatibile con una reale sostenibilità dell’elettronica biodegradabile.
Come ridefinire correttamente l’elettronica biodegradabile
Sandhu e Dahiya propongono una distinzione più rigorosa tra dispositivi biodegradabili, transitori, compostabili e sostenibili. La sostenibilità, spiegano nello studio pubblicato su npj Flexible Electronics, deve includere l’intero ciclo di vita: scelta dei materiali, produzione, degradazione e natura dei sottoprodotti.
Analizzare il dispositivo nel suo insieme, e non solo i singoli componenti, è essenziale per evitare che la riduzione dei rifiuti elettronici visibili si traduca nella diffusione di inquinanti invisibili ma persistenti.
