Il riciclaggio sfida il settore dell’elettronica

24th September 2019
Posted By : Alex Lynn
Il riciclaggio sfida il settore dell’elettronica

I progressi compiuti nell’ultimo ventennio nel campo della telefonia e di altre forme di dispositivi elettronici di consumo hanno configurato potenzialità tecnologiche impressionanti. La velocità di elaborazione fruibile dagli utenti degli smartphone iPhone X può competere tranquillamente con un moderno computer portatile. 

Di Mark Patrick, Mouser Electronics

Grazie ai rapidi ritmi di sviluppo, i proprietari di dispositivi intelligenti aggiornano i propri apparecchi su base regolare e passano a un nuovo modello ogni due anni, se non prima. La domanda è: cosa succede ai vecchi dispositivi? Idealmente, l'hardware elettronico dovrebbe essere riciclato ma nella pratica siamo ancora lontani da questa utopia. I prodotti elettronici di scarto vanno spesso ad aggiungersi a montagne di rifiuti elettronici destinate regolarmente a crescere.

Oltre 15 anni fa, l'UE ha introdotto la direttiva sui rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (WEEE) nel tentativo di impedire il conferimento alla discarica di vecchie apparecchiature elettroniche, spesso composte da elementi pericolosi (come i metalli pesanti). La direttiva WEEE ha sancito una garanzia legata al riciclaggio di tutti gli articoli elettronici costruiti dopo il 2005 come responsabilità degli stessi produttori, introducendo obiettivi nazionali per la raccolta, il riciclaggio e il recupero. L'obiettivo minimo di recupero iniziale era di 4 kg pro capite, ogni anno, entro il 2009. Una revisione del 2012, con la previsione di un periodo di transizione di sette anni, ha incrementato gli obiettivi per il recupero e il riciclaggio. Lo scopo era quello di riciclare l'85% di tutti i rifiuti elettrici ed elettronici entro il 2016.

Tramite un progetto condotto per l'UE, il Countering WEEE Illegal Trade (CWIT), si è scoperto che in Europa solo il 35% di tutti i rifiuti elettronici scartati nel 2012 (pari a oltre 3 milioni di tonnellate) è stato destinato a sistemi di raccolta e riciclaggio conformi ai requisiti di rilevazione. Un altro 35% di rifiuti è stato riciclato in condizioni non conformi, mentre per gli ulteriori 1,5 milioni di tonnellate sono stati impiegati i comuni canali di esportazione.

La diffusione mondiale dell’impiego di materiale elettronico ha visto le nazioni in via di sviluppo in Africa e Asia diventare le principali destinazioni di grandi quantità di rifiuti elettronici. Alcuni di questi paesi hanno attualmente preso provvedimenti volti al tentativo di arginare tale flusso. La Cina ha vietato, infatti, l'importazione di rifiuti elettronici in un momento in cui il paese sta cercando di gestire la montagna di prodotti elettronici di consumo scartati. Il costante inasprimento dei controlli sui rifiuti elettronici obbligherà il settore industriale a monitorare più da vicino la gestione di tale problematica.

Nella maggior parte dei casi i rifiuti elettronici vengono oggi riciclati per formare materie prime. Una pratica comune è quella di rimuovere i componenti dai circuiti stampati (PCB) e riciclare il rame e gli altri metalli contenuti; in una certa misura è anche possibile riciclare i componenti stessi. In molti casi i componenti vengono triturati in impianti di riciclaggio industriale e quindi lavorati nel tentativo di recuperare metalli preziosi come l’oro, che viene utilizzato in bondwire e connettori, nonché rame, ferro e diversi altri elementi.

Un problema cruciale nella gestione del riciclaggio dei rifiuti elettronici è che la maggior parte dei prodotti non è stata progettata per un percorso di riciclaggio agevole, bensì considerando la forma, funzionalità e durata. Dissaldare i componenti da un PCB richiede grandi quantità di energia e può danneggiare i dispositivi stessi in quanto spesso destinati esclusivamente alla mera sopravvivenza alle alte temperature di produzione. Le nuove tecnologie di produzione possono favorire tale situazione semplificando la separazione dei componenti riutilizzabili da quelli che sono oggetto di riciclaggio in materie prime. Ad esempio, componenti passivi come condensatori ceramici, induttori e resistori potrebbero essere potenzialmente recuperati e rivenduti se si semplificasse la separazione da un PCB.

Il problema della dissaldatura è stato affrontato dal National Physical Laboratory (NPL) congiuntamente ai partner In2Tec e Gwent Electronic Materials sviluppando una tecnologia di collegamento ai PCB che consente di separare i componenti tramite una semplice immersione dell’assieme in acqua calda. Per questo progetto i partner hanno progettato, sviluppato e testato una combinazione di polimeri, depositati in strati, in grado di resistere al ciclo termico e alle sollecitazioni da calore umido, che tuttavia “si decomprimono" dopo l'immersione in acqua calda. Secondo l’NPL, la tecnologia consentirebbe di riutilizzare fino al 90% della struttura originale.

Contrariamente alla tecnologia convenzionale basata sulla saldatura, l'approccio basato sui polimeri si presta a nuove strutture tridimensionali su substrati sia rigidi che flessibili, consentendo in tal modo la ricerca di nuovi approcci di progettazione nel settore elettronico.

Un'alternativa al riciclaggio che limita la lavorazione basata su prodotti chimici è l’upcycling, o riutilizzo creativo. Secondo questa procedura, i sottosistemi ancora funzionanti vengono integrati in prodotti diversi e venduti a nuovi utenti. Nella pratica l’upcycling è tuttavia difficile da realizzare, essendo il veloce ritmo del progresso dell'elettronica un ostacolo cruciale sia in termini di prestazioni che di costi. Spesso è più conveniente reperire nuovi sottosistemi per un progetto invece di tentare di rielaborare progetti esistenti potenzialmente inadatti al nuovo scopo, causa il volume limitato. Poiché il ridimensionamento dei costi facilitato dalla Legge di Moore rallenta fino a potersi anche arrestare, non è da escludere l’opzione più praticabile del riciclaggio.

Alcuni tentativi di upcycling sono riusciti su piccola scala. Ad esempio, l'organizzazione benefica britannica TechforTrade è stata determinante nello sviluppo di una stampante 3D che può essere fabbricata con rifiuti elettronici riciclati e tramite l’impiego di rifiuti in plastica recuperati per le materie prime.

Tramite l’uso della stampante Retr3d come componente chiave, TechforTrade ha avviato la creazione di una rete globale denominata "Digital Blacksmiths Network". L'obiettivo della rete è limitare la povertà e promuovere la crescita economica attraverso lo sviluppo di prodotti open-source e l’impiego di unità produttive dislocate, basate sulla stampa 3D. In luogo del trasporto fisico delle merci i progetti sono concepiti per essere trasmessi in forma digitale, sfruttando risorse e know-how locali per la produzione.

Figura 1: la stampante Retr3d di TechforTrade.

Le unità produttive dislocate vengono sfruttate per sostenere un'iniziativa di riciclaggio basata sulle batterie recuperate dai prodotti elettronici. La start-up britannica Acceleron ha sviluppato una serie di tecnologie che prevedono il riutilizzo di batterie esauste e l’inserimento in progetti modulari, più adatti al recupero quando le batterie non sono più in grado di sostenere efficacemente la carica.

Un aspetto peculiare dell'approccio di Acceleron è l’attenzione alla micro-produzione. La società afferma come stia via via acquisendo sempre maggiore rilevanza la produzione di batterie in luoghi più prossimi alle aree che abbisognano di energia nel momento in cui le catene di approvvigionamento si accorciano. Ad esempio, la società (sostenuta dalla Fondazione Shell) ha contribuito all’avviamento produttivo di batterie agli ioni di litio a livello locale a Nairobi, in Kenya. La struttura di micro-produzione ha iniziato a funzionare nell'aprile di quest’anno giungendo a fabbricare in modo continuativo 124 batterie agli ioni di litio avanzate e funzionali entro una settimana, con un impiego minimo di attrezzature e senza necessità alcuna di formazione specialistica.

Modularità e aggiornabilità offrono modalità di conservazione dei prodotti in uso e ausilio alle tecniche di riciclaggio, sebbene nell’ambito di ricerca della miniaturizzazione la tendenza sia quella di ridurre le possibilità di riparazione e aggiornamento dei componenti elettronici. Attraverso un design modulare, nel momento in cui le tecnologie dei processori o di visualizzazione avanzano, ogni elemento può essere aggiornato singolarmente, evitando di richiedere agli utenti di sostituire il sistema completo con una versione completamente nuova.

Un tentativo di sviluppare uno smartphone più ecologico attraverso questi principi è rappresentato da Fairphone 2. La sua struttura modulare consente di sostituire e aggiornare nel tempo sottosistemi come schermo, fotocamera, batteria e antenne, e lo stesso nucleo processore. Il produttore, Fairphone, afferma che la durata utile del dispositivo è dell'ordine di cinque anni, contro gli uno o due anni previsti per gli smartphone più convenzionali.

Anche se alla fine i moduli diventeranno inutilizzabili, l'approccio progettuale potrebbe favorire l’impegno verso il riciclaggio. Fairphone ha condotto uno studio sulle tecniche di riciclaggio basato sulla triturazione e lo smontaggio dei componenti prima di sottoporre a riciclaggio i singoli sottosistemi. I problemi presentati dalla triturazione riguardano la tendenza a unire i materiali, che è tale da rendere difficile il recupero di alcuni metalli. Lo studio ha concluso che la configurazione modulare offre maggiori opportunità di recupero delle materie prime.

Prima di essere acquisita da Facebook a metà del 2016, la start-up Nascent Objects ha lavorato su un approccio più generale, volto alla creazione di elettronica modulare. La piattaforma è stata fondata in considerazione del fatto che la maggior parte dei prodotti di elettronica di consumo è costituita da moduli simili che rendono possibile lo sviluppo di configurazioni combinate. Le periferiche come telecamere o altoparlanti possono essere sostituite senza bisogno di acquistare un prodotto completamente nuovo. Nascent Objects ha sviluppato 15 moduli intercambiabili per consentire la personalizzazione e l'aggiornabilità, oltre all’opzione di riutilizzare i moduli più vecchi in altri prodotti. Il software dell'azienda analizzerebbe i moduli richiesti e svilupperebbe un file di stampa 3D per creare la struttura o l’involucro.

Sebbene l'industria elettronica si collochi su un livello piuttosto remoto in termini di riflessione circa la riusabilità e il riciclaggio, la progressiva affermazione delle start-up ha favorito una maggiore attenzione verso questo ambito e verso un probabile cambiamento dato dai costi ambientali dell'approccio esistente. Ciò presuppone un cambiamento non solo a livello dell’infrastruttura di recupero, ma anche riguardo alle modalità di progettazione dei sistemi elettronici, con un crescente focus su aspetti quali la modularità, l’aggiornabilità e il riutilizzo.


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