Trong bối cảnh các thiết bị điện tử như laptop, điện thoại di động, và đồng hồ thông minh đang ngày càng trở thành một phần quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống thường nhật của chúng ta, thì những núi rác thải điện tử cao ngất ngưỡng cũng dần gây quan ngại hơn bao giờ hết. Phần lớn số rác thải này rất khó để tái chế, bởi có chứa nhiều thành phần độc hại, vô cùng tốn kém nếu muốn phân hủy.
May thay, gần đây, các kỹ sư đến từ Đại học Johannes Kepler ở Linz (Áo) đã đưa ra một ý tưởng mới, “nhờ vả” thiên nhiên để giúp giải quyết vấn đề rác thải điện tử: tìm cách chế tạo những món đồ điện tử có khả năng phân hủy sinh học (còn gọi là “đồ điện tử mềm” hoặc “đồ điện tử ngắn hạn”).
Lĩnh vực đồ điện tử mềm vẫn còn khá non trẻ, nhưng tiềm năng của nó nhằm giải quyết vấn đề rác thải công nghệ thì cực lớn. “Tốt hơn nên nghĩ đến các vật liệu và hướng đi bền vững ngay từ đầu, bởi nếu không chúng ta sẽ phải đối mặt với rất nhiều rác thải” - theo Martin Kaltenbrunner, kỹ sư điện tử tại Đại học Johannes Kepler, một trong các tác giả nghiên cứu.
Để giải quyết thách thức, Kaltenbrunner và các cộng sự đã phát triển một tấm nền cho đồ điện tử dẻo từ lớp ngoài của thể sợi nấm, thứ giàu chitin và cellulose cấu thành nên thân nấm.
Lớp ngoài của nấm được thu hoạch để phủ lên bảng mạch cảm biến
Tấm nền này, còn được gọi là chất nền, thường được dùng để cách điện và làm mát mạch điện. Theo nghiên cứu mới, lớp ngoài của nấm có thể thay thế các loại polymer nhựa không tái chế được trong chất nền tương lai.
Một vài trong số rác đó có chứa các vật liệu độc hại, như chì, cadmium, và beryllium. Và phần lớn chúng cấu thành từ các vật liệu khó phân hủy, như nhựa cứng và cao su. Về cơ bản, có thể tái chế rác thải điện tử, nhưng đa phần thì hiệu quả tương đối thấp bởi các thiết bị điện tử có thể rất phức tạp và chứa nhiều thành phần khác nhau.
Chưa hết, chúng ta chưa chú trọng vấn đề tái chế; chỉ khoảng 20% tổng số rác thải điện tử được tái chế vào năm 2019. Điều đó dẫn đến việc một số chuyên gia đề xuất một ý tưởng: tại sao không làm đồ điện tử phân hủy được?
Ý tưởng xoay quanh việc chế tạo các thiết bị điện tử với khả năng phân hủy sinh học được công bố lần đầu từ ít nhất một thập kỷ. Từ đó, nhiều nhà khoa học đã thử chế tạo đồ điện tử từ giấy, tơ, và các vi khuẩn vận chuyển electron. Nhưng những giải pháp đó hoặc có hạn chế trong khả năng dẫn điện, hoặc quá tiêu tốn tài nguyên không phù hợp để sản xuất trên quy mô lớn.
Và bất ngờ thay, chất nền làm từ nấm vô tình mang lại một giải pháp vừa thân thiện với môi trường, vừa có thể mở rộng quy mô sản xuất!
Cận cảnh bảng mạch cảm biến làm từ vỏ ngoài của nấm
Nhằm cấy nấm, các nhà nghiên cứu đầu tiên sẽ rắc bào tử nấm Ganoderma lucidum - một loại nấm phổ biến còn được biết đến với tên gọi rishi - lên một tấm gỗ cứng đã mục. Loại bào tử này thường được bán kèm trong các bộ kit tự trồng cây tại nhà, và được các thầy thuốc cổ Trung Quốc đánh giá cao về đặc tính trị bệnh.
Tiếp đó, họ cẩn thận điều chỉnh lượng ánh sáng và carbon dioxide trong một không gian tối, với nhiệt độ được kiểm soát để nấm phát triển, nhưng không hình thành nên cây nấm hoàn chỉnh - nếu không, lớp ngoài của nấm có thể trở nên xù xì thay vì mềm mịn. Cuối cùng, họ thu hoạch lớp ngoài của thể sợi nấm từ các cây nấm non.
Sau khi phơi khô, lớp ngoài này có thể chịu được nhiệt độ lên đến 250 độ C. Nhóm nghiên cứu đã phủ vật liệu nấm của họ bằng nhiều lớp kim loại siêu mỏng (tất cả đều tái chế được) và ghép nó với các linh kiện điện tử truyền thống để tạo ra các bảng mạch cảm biến - họ còn sử dụng lớp ngoài để chế tạo một vài linh kiện của pin nữa.
Nhiều thành phần của pin không thể được thay thế bởi nấm
Một vài loại vỏ ngoài mà phòng thí nghiệm của Kaltenbrunner thu hoạch được khá đẹp, có hình dạng nhất quán, nhưng số khác lại quá xù xì hoặc không đều để có thể sử dụng nếu không qua xử lý. Để tạo ra những món đồ điện tử đáng tin cậy, họ sẽ cần tìm ra một cách nào đó để luôn trồng được các thể sợi nấm có hình dạng giống nhau.
Kể cả nếu các chất nền và vật liệu pin từ nấm được phát triển thành công, thì Kaltenbrunner vẫn lưu ý rằng giải pháp của ông sẽ không thể giải quyết hoàn toàn vấn đề rác thải điện tử. Suy cho cùng, các kỹ sư vẫn cần sử dụng một số linh kiện truyền thống trong sản phẩm hoàn chỉnh, như điện cực dương và điện cực âm của pin. “Bạn không thể thay thế cả ngành công nghiệp điện tử bằng nấm được!” - ông nói.
May thay, gần đây, các kỹ sư đến từ Đại học Johannes Kepler ở Linz (Áo) đã đưa ra một ý tưởng mới, “nhờ vả” thiên nhiên để giúp giải quyết vấn đề rác thải điện tử: tìm cách chế tạo những món đồ điện tử có khả năng phân hủy sinh học (còn gọi là “đồ điện tử mềm” hoặc “đồ điện tử ngắn hạn”).
Lĩnh vực đồ điện tử mềm vẫn còn khá non trẻ, nhưng tiềm năng của nó nhằm giải quyết vấn đề rác thải công nghệ thì cực lớn. “Tốt hơn nên nghĩ đến các vật liệu và hướng đi bền vững ngay từ đầu, bởi nếu không chúng ta sẽ phải đối mặt với rất nhiều rác thải” - theo Martin Kaltenbrunner, kỹ sư điện tử tại Đại học Johannes Kepler, một trong các tác giả nghiên cứu.
Để giải quyết thách thức, Kaltenbrunner và các cộng sự đã phát triển một tấm nền cho đồ điện tử dẻo từ lớp ngoài của thể sợi nấm, thứ giàu chitin và cellulose cấu thành nên thân nấm.
Lớp ngoài của nấm được thu hoạch để phủ lên bảng mạch cảm biến
Tấm nền này, còn được gọi là chất nền, thường được dùng để cách điện và làm mát mạch điện. Theo nghiên cứu mới, lớp ngoài của nấm có thể thay thế các loại polymer nhựa không tái chế được trong chất nền tương lai.
Bối cảnh nghiên cứu
Trên toàn thế giới, loài người thải ra xấp xỉ 140.000 tấn rác thải điện tử mỗi ngày. “Con số này bằng tổng khối lượng của 14 tòa tháp Eiffel” - Kaltenbrunner nói.Một vài trong số rác đó có chứa các vật liệu độc hại, như chì, cadmium, và beryllium. Và phần lớn chúng cấu thành từ các vật liệu khó phân hủy, như nhựa cứng và cao su. Về cơ bản, có thể tái chế rác thải điện tử, nhưng đa phần thì hiệu quả tương đối thấp bởi các thiết bị điện tử có thể rất phức tạp và chứa nhiều thành phần khác nhau.
Chưa hết, chúng ta chưa chú trọng vấn đề tái chế; chỉ khoảng 20% tổng số rác thải điện tử được tái chế vào năm 2019. Điều đó dẫn đến việc một số chuyên gia đề xuất một ý tưởng: tại sao không làm đồ điện tử phân hủy được?
Ý tưởng xoay quanh việc chế tạo các thiết bị điện tử với khả năng phân hủy sinh học được công bố lần đầu từ ít nhất một thập kỷ. Từ đó, nhiều nhà khoa học đã thử chế tạo đồ điện tử từ giấy, tơ, và các vi khuẩn vận chuyển electron. Nhưng những giải pháp đó hoặc có hạn chế trong khả năng dẫn điện, hoặc quá tiêu tốn tài nguyên không phù hợp để sản xuất trên quy mô lớn.
Và bất ngờ thay, chất nền làm từ nấm vô tình mang lại một giải pháp vừa thân thiện với môi trường, vừa có thể mở rộng quy mô sản xuất!
Quy trình chế tạo
Tấm nền gốc thể sợi nấm khá dễ phát triển; tất cả những gì nó cần là gỗ mục và các loại bào tử phù hợp. Và, theo Kaltenbrunner, quy trình chuẩn bị cũng đơn giản. “Bạn không cần làm gì nhiều để biến nó thành vật liệu sản xuất đồ điện tử - bạn chỉ cần sấy khô nó thôi” - ông nói.Nhằm cấy nấm, các nhà nghiên cứu đầu tiên sẽ rắc bào tử nấm Ganoderma lucidum - một loại nấm phổ biến còn được biết đến với tên gọi rishi - lên một tấm gỗ cứng đã mục. Loại bào tử này thường được bán kèm trong các bộ kit tự trồng cây tại nhà, và được các thầy thuốc cổ Trung Quốc đánh giá cao về đặc tính trị bệnh.
Tiếp đó, họ cẩn thận điều chỉnh lượng ánh sáng và carbon dioxide trong một không gian tối, với nhiệt độ được kiểm soát để nấm phát triển, nhưng không hình thành nên cây nấm hoàn chỉnh - nếu không, lớp ngoài của nấm có thể trở nên xù xì thay vì mềm mịn. Cuối cùng, họ thu hoạch lớp ngoài của thể sợi nấm từ các cây nấm non.
Sau khi phơi khô, lớp ngoài này có thể chịu được nhiệt độ lên đến 250 độ C. Nhóm nghiên cứu đã phủ vật liệu nấm của họ bằng nhiều lớp kim loại siêu mỏng (tất cả đều tái chế được) và ghép nó với các linh kiện điện tử truyền thống để tạo ra các bảng mạch cảm biến - họ còn sử dụng lớp ngoài để chế tạo một vài linh kiện của pin nữa.
Còn tiếp tục cải tiến trong tương lai
Để tận dụng tối đa tiềm năng của đồ điện tử làm từ thể sợi nấm, các nhà nghiên cứu sẽ cần giải quyết một số trở ngại hiện có trong quy trình nuôi cấy. “Quy trình trồng trọt có vẻ khá dễ mở rộng. Nhưng không phải lúc nào cũng như vậy” - theo Kaltenbrunner.Một vài loại vỏ ngoài mà phòng thí nghiệm của Kaltenbrunner thu hoạch được khá đẹp, có hình dạng nhất quán, nhưng số khác lại quá xù xì hoặc không đều để có thể sử dụng nếu không qua xử lý. Để tạo ra những món đồ điện tử đáng tin cậy, họ sẽ cần tìm ra một cách nào đó để luôn trồng được các thể sợi nấm có hình dạng giống nhau.
Kể cả nếu các chất nền và vật liệu pin từ nấm được phát triển thành công, thì Kaltenbrunner vẫn lưu ý rằng giải pháp của ông sẽ không thể giải quyết hoàn toàn vấn đề rác thải điện tử. Suy cho cùng, các kỹ sư vẫn cần sử dụng một số linh kiện truyền thống trong sản phẩm hoàn chỉnh, như điện cực dương và điện cực âm của pin. “Bạn không thể thay thế cả ngành công nghiệp điện tử bằng nấm được!” - ông nói.
Theo VN review
