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A eletrônica orgânica pode contribuir decisivamente para a descarbonização e, ao mesmo tempo, ajudar a reduzir o consumo de matérias-primas raras e valiosas. Para isso, é necessário não apenas desenvolver os processos de fabricação, mas também desenvolver soluções técnicas para a reciclagem desde a fase de laboratório. Cientistas de materiais da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) estão agora promovendo esta estratégia circular em conjunto com pesquisadores do Reino Unido e dos EUA no
Componentes eletrônicos orgânicos, como módulos solares, possuem vários recursos excepcionais. Eles podem ser aplicados em camadas extremamente finas em materiais de suporte flexíveis e, portanto, têm uma gama mais ampla de aplicações do que os materiais cristalinos. Como suas substâncias fotoativas são à base de carbono, elas também contribuem para reduzir o consumo de materiais raros, caros e às vezes tóxicos, como irídio, platina e prata.
Os componentes eletrônicos orgânicos estão experimentando um grande crescimento no campo das tecnologias OLED em particular e, acima de tudo, para telas de televisão ou computador. “Por um lado isso é um avanço, mas por outro traz alguns problemas”, diz o Prof. Dr. Christoph Brabec, Cátedra de Ciência dos Materiais (Materiais em Eletrônica e Tecnologia de Energia) da FAU e Diretor do Instituto Helmholtz Erlangen -Nürnberg para Energia Renovável (HI ERN). Como cientista de materiais, Brabec vê o perigo de incorporar permanentemente tecnologia ecológica em uma arquitetura de dispositivo que não é sustentável em geral. Isso afeta não apenas dispositivos eletrônicos, mas também sensores orgânicos em têxteis que têm uma vida operacional extremamente curta. Brabec: “A pesquisa aplicada, em particular, deve agora definir o rumo para garantir que os componentes eletrônicos e todas as suas partes individuais deixem uma pegada ecológica a menor possível durante todo o seu ciclo de vida.”
Síntese mais eficiente e materiais mais robustos
O desenvolvimento da própria eletrônica orgânica é elementar aqui, uma vez que novos materiais e processos de fabricação mais eficientes levam à redução de gastos e energia durante a produção. “Comparado aos polímeros simples, o processo de fabricação da camada fotoativa requer quantidades significativamente maiores de energia, pois é depositado no vácuo em altas temperaturas”, explica Brabec. Os pesquisadores estão, portanto, propondo processos mais baratos e ecológicos, como a deposição de soluções à base de água e impressão usando processos de jato de tinta. Brabec: “Um grande desafio é desenvolver materiais funcionais que possam ser processados sem solventes tóxicos que agridem o meio ambiente.” No caso das telas OLED, a impressão a jato de tinta também oferece a possibilidade de substituir metais preciosos como irídio e platina por materiais orgânicos.
Além de sua eficiência, a estabilidade operacional dos materiais é decisiva. O encapsulamento complexo é necessário para proteger as camadas de carbono depositadas a vácuo dos módulos solares orgânicos, que podem representar até dois terços de seu peso total. Combinações mais robustas de materiais podem contribuir para economias significativas em materiais, peso e energia.
Planejando o processo de reciclagem no laboratório
Para fazer uma avaliação realista da pegada ambiental da eletrônica orgânica, todo o ciclo de vida do produto deve ser considerado. Em termos de produção, os sistemas fotovoltaicos orgânicos ainda estão atrás dos módulos de silício convencionais, mas 30% menos CO2 é emitido durante o processo de fabricação. Visar níveis máximos de eficiência não é tudo, diz Brabec: “18 por cento poderia fazer mais sentido ambientalmente do que 20, se for possível fabricar o material fotoativo em cinco etapas em vez de oito”.
Além disso, a vida útil mais curta dos módulos orgânicos também é relativa se você olhar mais de perto. Embora os módulos fotovoltaicos à base de silício durem mais, eles são muito difíceis de reciclar. “A biocompatibilidade e a biodegradabilidade se tornarão critérios cada vez mais importantes, tanto para o desenvolvimento de produtos quanto para o design de embalagens”, diz Christoph Brabec. “Nós realmente devemos começar a levar em consideração a reciclagem no laboratório.” Isso significa, por exemplo, usar substratos que podem ser facilmente reciclados ou que sejam tão biodegradáveis quanto as substâncias ativas. Usar o que é conhecido como projetos multicamadas logo na fase de projeto do produto pode garantir que vários materiais possam ser facilmente separados e reciclados no final do ciclo de vida do produto. Brabec: “Esta abordagem do berço ao berço será um pré-requisito decisivo para estabelecer a eletrônica orgânica como um componente importante na transição para a energia renovável”.
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