ČVUT hledá alternativu k elektronickému odpadu
V roce 2021 bylo celosvětově vyprodukováno 57,4 milionu tun elektronického odpadu, celkový objem produkce roste v průměru o dva miliony tun ročně. Přitom jen 17,4 procenta elektronického odpadu se sbírá a řádně recykluje. Připravit alternativní proces výroby elektronických komponent, který bude šetrnější k životnímu prostředí, je cílem výzkumníků z Katedry elektrotechnologie FEL ČVUT a Ústavu polymerů VŠCHT Praha. Jako perspektivní materiál pro náhradu velmi obtížně recyklovatelných epoxidových pryskyřic se jeví polymery využívané pro 3D tisk. Až 10 procent elektronického odpadu tvoří desky plošných spojů, které jsou základním stavebním kamenem pro drtivou většinu elektronických zařízení. Na výrobu izolačního substrátu se používá epoxidová pryskyřice vyztužená skelnými vlákny, obsahující další, poměrně toxické látky, které slouží jako retardéry hoření. Jde ale o prakticky nerecyklovatelný materiál, z vysloužilé desky plošných spojů tedy většinou lze znovu použít pouze kovy. "Naším cílem je nejen už při výrobě eliminovat materiály, které nejdou recyklovat, ale také připravit a otestovat celý alternativní proces výroby elektroniky, který bude šetrnější k životnímu prostředí. Pro výrobu nosného substrátu je možné využít polymerní látky, které se používají mimo jiné při 3D tisku, například PET. Těmi, po jejich vhodné modifikaci pro zajištění požadavků pro elektronické výrobky, nahradíme epoxidovou pryskyřici," popisuje hlavní cíle výzkumu Ing. Petr Veselý, Ph. D., z Katedry elektrotechnologie Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze. Při konvenčním způsobu výroby desek plošných spojů dochází k chemickému leptání měděné vrstvy, a tím k tvorbě vodivých motivů pro propojení jednotlivých součástek. Ty se pak na desku plošných spojů připojují nejčastěji pájením. Takový způsob výroby je však energeticky náročný a využívají se při něm látky potenciálně nebezpečné pro životní prostředí a značné množství vody. Díky využití technologie 3D tisku lze vyrábět desky plošných spojů s již zapouzdřenými elektronickými součástkami v těle substrátu, které se navzájem propojí během následného potisku elektricky vodivým inkoustem. Zapouzdření zajistí mechanickou integritu obvodu, která by jinak byla oproti konvenčnímu řešení snížena kvůli horším mechanickým vlastnostem recyklovaných plastů. Tento alternativní postup výroby eliminuje energeticky a chemicky náročné procesy a tím může významně přispět ke snížení uhlíkové stopy výroby elektronických výrobků. "Zapojení technologie 3D tisku také kromě environmentální stránky přináší možnost pružné reakce na případné změny návrhu výrobku a proces výroby značně zjednodušuje. Tím se stává ideálním například pro výrobu prototypů či menších výrobních sérií, u nichž lze předpokládat i významné snížení výrobní ceny," doplňuje Veselý. Cílem výzkumu je však také posunout vývoj tohoto řešení směrem k velkosériové výrobě a širšímu využití v průmyslové praxi. Technologii 3D tisku lze pro velké výrobní série nahradit vstřikolisovou výrobou s využitím stejného vstupního materiálu ve formě recyklovaného termoplastu. Nutno dodat, že výzkumníci zatím technologii testují na jednovrstvých deskách plošných spojů.
Na 3D tisk sází také obuvnictví
S nasazením technologie se můžeme setkat téměř napříč všemi odvětvími od automobilového a leteckého průmyslu přes výrobu sportovního a spotřebního zboží až po zdravotnictví. Možná bude pro mnohé překvapení, že téma rezonuje také v obuvnickém průmyslu. Při vývoji obuvi již využívají tuto technologii některé světové značky jako Adidas, ECCO, BROOKS či Decathlon. Česká společnost spolu s obuvní designerkou MgA. Lucie Trejtnarová, Ph. D., vedoucí ateliéru Design obuvi na Fakultě multimediálních komunikací Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, spustili projekt, v němž se studenty spolupracují na dlouhodobém vývoji bot, které by se v tuzemsku mohly v budoucnu vyrábět i sériově. K sériové výrobě obuvi nebo jejích částí 3D tiskem v České republice zatím nikdo nepřikročil, byť to současné technologie již umožňují. Odborníci navrhli a vytiskli podešve a společně se studenty pak na kurzu vyrobili první prototypy obuvi s 3D podrážkami. Projekt však neskončil jen u výroby obuvi, pokračuje jejím testováním. Pracovníci spolupracující společnosti je nosí (nejen) při běžných činnostech, zkoumají tak jejich odolnost a funkčnost v běžných i extrémnějších podmínkách. Tlak na udržitelnost společně s benefity 3D tisku posouvá obuvnictví zcela novým směrem – hovoříme již o cirkulární obuvi, která může být vyrobena a složena z jednotlivých částí a spotřebitel bude moci v případě potřeby vyměnit za novou pouze jednu z komponent, ne nutně celou botu. "Variabilita použitých materiálů včetně možnosti rozložit a složit obuv ze samostatných částí je udržitelným řešením, které už zdaleka není ve fázi testování. Mnohé světové značky tento způsob již převádí do výroby," uvádí Lucie Trejtnarová s tím, že opotřebenou podešev bude možné přetvořit například na nový 3Dtiskový materiál a svršek vyrobený z přírodních materiálů zase zkompostovat či jiným způsobem recyklovat. V současné době si designeři při prototypování pomáhají filamentovým tiskem. Ten je však časově náročný a není určený k sériové výrobě. Cílem společného výzkumu je najít cestu, jak spustit sériovou výrobu pomocí práškového tisku tak, aby ekonomicky dávala smysl. Právě snížení výrobních nákladů a udržitelnější koncept obuvi ve spojení s designerskou tradicí může v budoucnu pomoci konkurenceschopnosti českých firem.
Už jsou opravdu všude?
Do hledáčku se v posledních letech stále častěji dostávají mikro- a nanoplasty. Podle dat OSN najdeme jen v mořích přes 50 bilionů částic mikroplastů, což je 500krát více, než kolik je hvězd v naší galaxii. Zatímco ve vodách jsou mikroplasty zmapované podrobně, v jiných oblastech přesnější data chybí. Vědci z Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně se proto ve spolupráci s kolegy z Akademie věd ČR rozhodli popsat, jak se plastové částice šíří v zemědělství. Cílem vědeckého týmu je vyvinout detekční platformu, prostřednictvím které by bylo možné analyzovat výskyt mikroa nanoplastů v potravní pyramidě – tedy v půdě, v plodinách pěstovaných na poli, v mase či orgánech hospodářských zvířat a do budoucna i v lidském těle. "Kolegové z Ústavu přístrojové techniky AV ČR v současnosti pracují na vývoji mikrofluidního čipu. Využíváme metodu Ramanovy spektroskopie s optickou pinzetou, která umožňuje jak zachycení, tak analýzu mikroplastů," vysvětlil doc. Ing. Pavel Horký, Ph. D., z Ústavu výživy zvířat a pícninářství AF MENDELU. Projekt začal loni na jaře, aktuálně odborníci analyzují první vzorky. Výzkum mají rozdělený na několik částí. Projekt se zaměřuje jak na rostlinnou, tak i na živočišnou výrobu, ale také na zemědělskou půdu. Letos budou vědci cíleně krmit drůbež mikroplasty a budou sledovat, jak se částice transportují v rámci jednotlivých orgánů, částí těla, svalů a krve zvířat. Vedle experimentů se zvířaty čeká výzkumníky také nádobový pokus ve sklenících. Mikroplasty budou aplikovány do půdy, kam budou následně vysazeny nejčastěji pěstované plodiny – například kukuřice nebo pšenice. Také v tomto případě budou sledovat, jak se z půdy dostávají plasty do různých částí rostlin. Dílčím cílem projektu je pak zmapování výskytu mikroplastů v zemědělské půdě poblíž skládek komunálního odpadu. Výsledky z této části výzkumu by vědci měli mít už v letošním roce.
Pecka třešničkou na dortu
Mango je v Kambodži jeden z nejdůležitějších zemědělských produktů. "Dříve byla jeho velká většina vyvážena v čerstvém stavu do zahraničí, ale také se ho při sezónní nadprodukci velké množství zkazilo. Nyní stále více zpracovatelů vyrábí sušené mango, které se nekazí a dá se prodat i mimo sezónu. Tím ale začal vznikat nový problém, jelikož se při zpracování ovoce ve větším množství hromadí odpad, hlavně mangové pecky," uvádí Ing. Petr Němec, Ph. D., z Ústavu lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU. Brněnští vědci vyrobili palivové brikety z mangových pecek, které dále analyzovali. Materiál vykázal velmi dobré vlastnosti, jako je mechanická odolnost, vysoká výhřevnost, nízké emise oxidů dusíku a uhlíku a nízký obsah popele. Vzniklé brikety mohou být použity jako palivo v kamnech a kotlích určených na palivové dřevo. A jak si vedou české univerzity v žebříčku udržitelnosti? UI Green Metric World University Rankings je mezinárodním žebříčkem vytvořeným Universitas Indonesia. Od roku 2010 se toto hodnocení zaměřuje na úsilí univerzit v oblasti udržitelnosti a ekologického přístupu k životnímu prostředí. Od univerzit shromažďuje informace prostřednictvím dotazníku, jenž se zaměřuje na šest hlavních kategorií: infrastruktura, energie a změna klimatu, odpad, voda, transport a vzdělávání a výzkum. Hodnocení tradičně (každoročně už od roku 2017) ovládla nizozemská Wageningen University & Research. Na druhém místě se umístila Nottingham Trent University z Velké Británie a vítěznou trojici uzavřela německá Umwelt-Campus Birkenfeld, pobočka univerzity Hochschule Trier. Z uvedeného počtu 1 185 univerzit dosáhla na 36. místo Česká zemědělská univerzita v Praze (ČZU). Jedná se tak o nejlepší umístění v žebříčku ze strany českých univerzit . Pozadu nezůstala ani Masarykova univerzita, která se v pořadí jako druhý český reprezentant v celkovém žebříčku umístila na 119. místě. Výborně se umístila také instituce ze stejného města – Mendelova univerzita v Brně. Ta si ve srovnání s minulým rokem polepšila o 70 míst a získala 361. místo. V žebříčku dále nalezneme další tři univerzity reprezentující ČR, a to Univerzitu Palackého v Olomouci na 427. místě, Univerzitu Hradec Králové na 486. místě a Univerzitu Tomáše Bati ve Zlíně na 845. místě. Tlak na udržitelnost společně s benefity 3D tisku posouvá obuvnictví cirkulárním směrem. Vědecká zpravodajka redakce Odpadového fóra