Menu
e-shop
Zemědělské a potravinářské vedlejší produkty se běžně využívají jako krmivo, palivo, surovina pro bioplynové stanice nebo jako materiál pro výrobu kompostu. Výzkumníci však hledají také cesty k jejich zpracování na produkty s vyšší přidanou hodnotou. Jednou z nich je výroba materiálů pro elektronické součástky.
Podle Organizace OSN pro výživu a zemědělství se mezi sklizní a maloobchodem celosvětově ztratí přibližně 13,2 % potravin. Dalších 19 % dostupných potravin připadá podle Programu OSN pro životní prostředí na odpad vznikající v maloobchodě, gastronomii a domácnostech. Tyto dva ukazatele nelze jednoduše sčítat, protože používají rozdílné základy výpočtu a sledují jiné části potravinového řetězce.
Produkce potravin, které se nakonec nespotřebují, představuje přibližně 38 % energie spotřebované v globálním potravinovém systému. Potravinové ztráty a plýtvání se zároveň podílejí odhadem 8 až 10 % na celosvětových emisích skleníkových plynů. Původní text tento údaj nesprávně zaměňoval s přibližně 26% podílem celého potravinového systému na antropogenních emisích.
Vedle samotných potravinových ztrát vzniká velké množství nepoživatelných zbytků, například slupek, stonků, listů, skořápek, pecek, pokrutin nebo bagasy. V Brazílii, na kterou se Paulinova esej soustředí, pocházejí významné objemy biomasy zejména z produkce cukrové třtiny, kukuřice, sóji, rýže, pšenice, kávy, banánů, kokosových ořechů a pomerančů. Podle údajů citovaných autorem zůstává více než 200 milionů tun těchto zbytků nevyužito nebo se spaluje. Jde však o odhad převzatý z odborné literatury, nikoli o výsledek zprávy UNEP Food Waste Index Report 2024.
Zemědělské a potravinářské zbytky obsahují celulózu, hemicelulózu, lignin, chitin, pektin, škrob, bílkoviny, přírodní barviva a další organické látky. Po oddělení a úpravě mohou sloužit jako základ vodivých vrstev, nosných struktur, membrán, elektrolytů nebo biologicky rozložitelných obalů elektronických zařízení.
Jejich předností je obnovitelný původ a možnost využít materiál, který by jinak skončil jako odpad nebo by byl zhodnocen méně hodnotným způsobem. Samotný biologický původ však ještě nezaručuje nižší environmentální dopad. Rozhodují také použité chemikálie, spotřeba vody a energie, doprava, životnost výrobku a způsob nakládání s ním po skončení používání.
Zpracování komplikuje proměnlivost vstupní suroviny. Vlastnosti biomasy závisejí na druhu rostliny, místě a podmínkách pěstování, sklizni, skladování i předchozím zpracování. Pro elektroniku, která vyžaduje přesně definované parametry a vysokou reprodukovatelnost, je proto nezbytná standardizace vstupů i výrobních postupů.
Tradiční extrakce přírodních látek často využívá organická rozpouštědla, vysoké teploty nebo dlouhou dobu zpracování. Zelená chemie proto hledá postupy, které sníží spotřebu nebezpečných chemikálií a energie.
Patří mezi ně hluboká eutektická rozpouštědla, superkritické tekutiny a enzymatické procesy. Extrakci lze urychlit také ultrazvukem nebo mikrovlnným ohřevem. Ani tyto metody však nejsou automaticky ekologičtější. Jejich přínos je nutné hodnotit podle spotřeby energie, možnosti regenerace rozpouštědel, výtěžnosti a množství vznikajících vedlejších produktů.
Po oddělení lze přírodní materiály dále chemicky nebo fyzikálně upravovat. Cílem bývá například zvýšení elektrické vodivosti, stability ve vlhkém prostředí, mechanické pevnosti nebo přilnavosti k dalším vrstvám zařízení. Výzkum se zaměřuje na biopolymerní vodiče, nanokompozity, polovodičové materiály přírodního původu i pružné podklady pro elektronické obvody.
Jednou z perspektivních cest je pyrolýza, tedy tepelný rozklad biomasy za omezeného přístupu kyslíku. Výsledkem je biouhel s vysokým podílem uhlíku a pórovitou strukturou. Jeho vlastnosti závisí na použité surovině, teplotě, délce procesu a následné aktivaci.
Biouhel nemá automaticky vysokou elektrickou vodivost, jak tvrdila původní verze článku. U materiálu vyrobeného při nižších teplotách bývá vodivost omezená. Zvyšovat ji lze vyšší teplotou karbonizace, aktivací nebo dopováním dusíkem, sírou či fosforem. Takto upravené uhlíkaté materiály se zkoumají například pro elektrody superkondenzátorů, baterií a elektrochemických senzorů.
Nepřesné bylo rovněž označení biouhlu za biologicky rozložitelný. Jeho stabilní uhlíkatá struktura je naopak poměrně odolná proti biologickému rozkladu. Právě tato vlastnost umožňuje dlouhodobější uchování uhlíku, zároveň však znamená, že biouhel nelze automaticky řadit mezi snadno rozložitelné materiály.
Materiály získané ze zemědělských zbytků se zkoumají pro několik skupin elektronických výrobků. Přírodní polymery mohou tvořit pružné podklady, izolační vrstvy nebo elektrolyty. Uhlíkaté materiály vyrobené pyrolýzou lze využít v elektrodách a přírodní pigmenty mohou reagovat na světlo, změnu pH nebo přítomnost určitých chemických látek.
Prakticky zajímavé jsou biologicky rozložitelné senzory pro sledování vlhkosti, teploty, čerstvosti potravin nebo přítomnosti plynů vznikajících při kažení. U jednorázových zařízení by použití obnovitelných materiálů mohlo omezit množství obtížně recyklovatelného elektroodpadu. Celé zařízení však musí být navrženo tak, aby jeho environmentální přínos neznehodnotily kovové kontakty, baterie, syntetická lepidla nebo kombinace vzájemně neoddělitelných vrstev.
Výzkum se zabývá také jedlou elektronikou. Jde například o senzory nebo diagnostické prvky, které lze bezpečně spolknout, případně o indikátory integrované do potravin či jejich obalů. Mohly by sledovat stav výrobku během skladování a přepravy nebo poskytovat informace z trávicího traktu. Převážná část těchto řešení je však stále experimentální a jejich širšímu použití předcházejí náročné bezpečnostní, hygienické a legislativní zkoušky.
Přírodní organické látky se uplatňují rovněž v neuromorfní elektronice, která napodobuje některé principy fungování nervové soustavy. Zkoumají se například memristory a elektrolytem řízené tranzistory z biologicky odvozených materiálů. Potenciální využití zahrnuje energeticky úsporné senzory a rozhraní mezi elektronickými zařízeními a živými organismy.
Další oblast představují solární články využívající přírodní barviva nebo fotosyntetické molekuly. Přírodní pigmenty mohou zachycovat světlo, jejich stabilita a účinnost však většinou zaostávají za běžně používanými materiály. Původní tvrzení, že přírodní barviva obecně zvyšují účinnost přeměny solární energie, proto nebylo možné ponechat.
Přenos laboratorních výsledků do průmyslové výroby omezuje několik faktorů. Zemědělské zbytky vznikají sezoně, jsou geograficky rozptýlené a mají proměnlivé složení. Jejich svoz, sušení, čištění a chemická úprava mohou být nákladné a energeticky náročné. Elektronický průmysl navíc vyžaduje vysokou čistotu, stabilitu a reprodukovatelnost materiálů.
Pro environmentální posouzení je nezbytná analýza životního cyklu. Musí zahrnout původ biomasy, její dosavadní využití, dopravu, spotřebu chemikálií a energie, délku používání výrobku i jeho konečné zpracování. Pokud byl například zemědělský zbytek již využíván jako krmivo nebo zdroj energie, jeho převedení do elektroniky nemusí automaticky představovat nejlepší variantu.
Problematický může být také samotný pojem biologicky rozložitelná elektronika. Zařízení bývají složena z několika vrstev a kromě biopolymerů obsahují kovy, anorganické částice, syntetická pojiva nebo elektrolyty. Rozložitelnost jedné části proto neznamená, že se bezpečně rozloží celý výrobek.
Využití zemědělských zbytků v elektronice může prodloužit materiálové řetězce a vytvořit výrobky s vyšší přidanou hodnotou. Z hlediska oběhového hospodářství však dává smysl především u zbytků, pro něž neexistuje vhodnější materiálové nebo biologické využití.
Rozhodující nebude pouze technická možnost vyrobit ze slupek, pokrutin či stonků elektronickou součástku. Nová řešení musí obstát také z hlediska bezpečnosti, životnosti, opravitelnosti, recyklace, spotřeby energie a ekonomiky provozu. Zemědělský původ suroviny je výhodou, nikoli sám o sobě důkazem udržitelnosti.*
-wal-
