滑鼠用完變肥料?木頭做的可生物降解電路板問世 碳排大減5成

產業、創新和基礎設施

左為木質素製成的電路板,右為傳統電路板。 圖/Empa
左為木質素製成的電路板,右為傳統電路板。 圖/Empa

全球每年有超過5000萬公噸電子廢棄物,且數量年年持續攀升,其中難以回收的印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)更是造成環境隱憂。不過瑞士研究團隊成功以木材製作可生物降解電路板,效能不輸傳統材料,還進一步設計出可堆肥回收的滑鼠,為電子業永續發展帶來關鍵突破。

傳統電路板回收陷困境 每年釀5千萬噸電子廢棄物

現代生活中,無論是智慧型手機、筆記型電腦或電動牙刷,幾乎所有電子產品都仰賴印刷電路板運作。這些看似不起眼的綠色薄板,負責串聯裝置內部所有電子零件,是科技產品不可或缺的核心元件。

然而,這項高科技產業的關鍵元件,卻隱藏龐大的環境代價。根據多項國際統計,全球每年產生超過5000萬公噸電子廢棄物,主要來源之一,即為難以回收的塑膠與複合材料。

目前市面上的印刷電路板原料通常為玻璃纖維強化環氧樹脂(fiber-reinforced epoxy resin),這種由玻璃纖維與石化原料製成的塑膠,組合而成的複合材質,材質堅固且耐熱,能滿足電子產品長時間運作的需求。

而當印刷電路板進入汰換階段,回收問題將變得相當棘手。不論是直接送進垃圾掩埋場,或是透過高溫焚燒以提取金屬,過程都對環境造成污染、衝擊勞工健康與安全,也讓銅、金等珍貴資源再過程中白白流失。

廢木漿變高科技!瑞士團隊開發木質電路板 效能不輸傳統PCB

為了解決廢棄物問題,瑞士聯邦材料科學與技術實驗室(Swiss Federal Laboratories for Material Science and Technology, Empa)的研究團隊,日前開發出一種由木材製成的可生物降解PCB板,並將這項全新的電路板解方研究成果發表於《Scientific Reports》。

木材主要由纖維素與木質素構成,前者形成植物細胞壁的纖維結構,後者則像天然膠水,負責將纖維緊密結合。

瑞士Empa團隊與荷蘭應用科學研究組織(TNO)合作,開發以木材廢漿中的木質纖維素奈米纖維製成可生物降解印刷電路板。研究員Thomas Geiger指出,團隊將含纖維素與木質素的廢料加水研磨成糊狀後高壓脫水,使纖維緊密結合成堅固薄板,其強度與導熱、導電表現接近傳統PCB板,且可噴墨印刷精密電路。

木質電路板的原料,纖維素、木質素。 圖/Empa
木質電路板的原料,纖維素、木質素。 圖/Empa

木質電路板從原料到成品的過程。 圖/Empa
木質電路板從原料到成品的過程。 圖/Empa

全球首款可堆肥滑鼠問世!木質電路板減少5成碳排

不過研究團隊也坦言,新材料在防水防潮性能上,仍略遜於傳統PCB板。由於濕氣會影響電路穩定性,未來量產前仍需透過塗層或材料改良以改善性能,才能全面應用於消費性電子產品。Thomas Geiger強調,材料仍需保有一定吸水性,否則微生物無法生長,將失去生物降解特性。

為驗證木質電路板的可行性,團隊與奧地利的PROFACTOR GmbH合作,打造了一款使用木質電路板的電腦滑鼠,在生質電路板上印刷導電線路並組裝元件,成功製作滑鼠與RFID裝置,外殼則以木質顆粒與生物塑膠3D列印製成。

最令人驚豔的是,這款滑鼠的產品壽命結束後,可直接進行堆肥分解,Thomas Geiger指出,許多電子產品僅使用數年即遭淘汰,未必需要可以存在數百年的材料。團隊未來將持續提升材料強度、維持可分解特性,推動產業應用與更多示範產品開發。

Empa研發的電腦滑鼠,不僅外殼採用可生物降解材料製成,就連電路板也是如此。 圖/Empa
Empa研發的電腦滑鼠,不僅外殼採用可生物降解材料製成,就連電路板也是如此。 圖/Empa

目前全球僅約17%的電子廢棄物進入正式回收系統,其餘的電子垃圾往往最終流入非正規回收點或垃圾掩埋場,其中的有毒金屬和塑膠會滲入土壤和水體。

Empa指出,若木質電路板技術成熟並大規模導入,將可大幅降低電子產品的環境足跡,根據初步生命周期評估,生產過程產生的碳排放量,也可能比傳統PCB減少超過50%。目前已有多家歐洲電子業者主動洽詢,若資金與產業鏈到位,小規模生產有望在未來數年內展開,為全球電子產業的永續轉型寫下新里程碑。


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