El sensor de papel español que acabará con 62 millones de toneladas de basura de móviles y aparatos electrónicos

La humanidad generó 62 millones de toneladas de desechos electrónicos en 2022, el último año completo del que la ONU tiene registros. Una cantidad ingente de basura que pone en entredicho el propio desarrollo de la electrónica: ¿de qué sirve crear más dispositivos que mejoren la vida de la gente si su baja tasa de reciclaje, de menos del 22%, luego pone en peligro la salud pública igualmente?

La solución es el papel. Al menos, en parte.

La electrónica basada en la celulosa o pasta de papel es una de las líneas de investigación más prometedoras para generar dispositivos fáciles de reciclar o incluso que no necesiten serlo. Un campo con participación española.

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El último avance en este terreno es un sensor soluble en agua desarrollado por el Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid (ICMM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Un invento con grandes posibilidades de aplicación en el mundo de la biomedicina, entre otras.

"La previsión es el que el internet de las cosas siga avanzando y cada vez nos rodeen más dispositivos de todo tipo", explica a ENCLAVE ODS el director del proyecto, Andrés Castellanos-Gómez, investigador en el ICMM-CSIC.

"Desde 2019 nuestro equipo está trabajando en cómo integrar los materiales electrónicos en bases que no sean de silicio ni de plástico, sino más fáciles de reciclar o procesar. En este caso, sustratos de celulosa, básicamente, papel", añade.

Su dispositivo es un sensor que se disuelve completamente en agua a 60 grados y cuyos materiales resultantes se pueden recuperar con cierta facilidad mediante filtrado al vacío. Algo que además permite la puerta a futuras investigaciones sobre la reutilización de los materiales recuperados, lo que podría mejorar aún más la sostenibilidad de esta electrónica a largo plazo. Además, la forma de conseguirlo es relativamente barata.

Dibujar el circuito

Lo que hace, explica el investigador, es "depositar en el papel los materiales electrónicamente activos", que son "los que crean el dispositivo en sí y luego se recuperan". Y matiza: "Lo hemos copiado de algo que hacemos en el día a día: usar un lápiz".

"Cuando queremos dibujar con un lápiz en papel, lo que hacemos es erosionar la punta, que está hecha de grafito. Laminillas del grafito se van desprendiendo del cristal que forma la punta y se van depositando, rellenando los huecos, las porosidades que tiene el papel y formando una especie de red compacta de copillos interconectados" añade.

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Lo que han hecho Castellanos-Gómez y su equipo es aplicar ese mismo proceso a los materiales de Van der Waals, los semiconductores: "Por erosión, frotándolos, generamos esas películas densamente conectadas", indica. Dicho en román paladino, dibujan el circuito sobre su base de celulosa, aunque a escala casi microscópica.

El mayor reto de este trabajo es técnico, pero no tanto en la parte electrónica como en la del papel en sí. "Lo que llamamos las recetas de microfabricación para los dispositivos parten de materiales con sustratos muy planos, como las obleas de silicio o de plástico. El papel, cuando los miras en microscopio, con un montón de fibras interconectadas, es un material muy poroso, que absorbe mucha agua", añade el científico.

¿Tecnología milagrosa?

¿Cómo encontrar el equilibrio para que no absorba y al mismo tiempo le permita ser luego soluble en agua? "Si el sensor va a trabajar en entornos en los que cambia la humedad relativa muy rápidamente, no van a ser muy fiables, porque sus propiedades electrónicas van a cambiar", explica. "Hay maneras de mitigarlo, con procesos de lo que se denomina encapsulación, pero entonces el papel se vuelve menos biodegradable".

Así pues, no existe la tecnología milagrosa: "Todo al final es un compromiso entre cuánto queremos que el sensor sea biodegradable y cuál va a ser su rendimiento. No podemos tener un dispositivo que sea superbarato, que tenga un rendimiento mejor que los que tenemos hechos en silicio y que, además, sea biodegradable o reciclable", explica.

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De hecho, es dudoso que pueda extrapolarse a lo que entendemos en el día a día por electrónica doméstica, como los teléfonos móviles o los ordenadores portátiles: "Hay que ser consciente de las limitaciones de cada tecnología y en un microprocesador, la electrónica basada en celulosa o en papel no va a cumplir con las expectativas necesarias, porque en ese tipo de dispositivos electrónicos se necesitan muchos componentes interconectados".

Rodeados de sensores

Ahora, bien, "en la electrónica de consumo que utilizamos en muchos electrodomésticos sí hay pequeños componentes individuales que podrían ser sustituidos por circuitos impresos en papel. Estamos rodeados de sensores, desde las lámparas inteligentes que tienen uno para ver cuándo se está haciendo de noche y encenderse a los sensores de presencia, de gases en habitaciones… Todo ese tipo de aplicaciones sería fácilmente reemplazable por papel en el futuro", explica el experto.

Lo que desarrollan los científicos del ICMM es ciencia básica, la que sienta las bases sobre la que se construye el resto de investigaciones. Esto quiere decir que en su trabajo no buscan una aplicación concreta, sino demostrar que un proceso concreto se puede hacer.

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Por ello, Castellanos-Gómez explica que en este trabajo concreto no han propuesto ningún uso, "aunque es verdad que una de las aplicaciones que se nos ocurren es en el campo de la biomedicina. Hace años ya hicimos una patente de un sensor de temperatura basado en papel con la idea de poder hacer sensores que sean de un solo uso".

Esto ocurre porque "el papel tiene una ventaja con respecto a otros substratos: es muy barato", apunta. "Entonces, si uno piensa en aplicaciones de electrónica de un solo uso, el uso de materiales basados en celulosa tiene el beneficio de que reduce el problema de la basura electrónica por su biodegradabilidad y, además, nos permite hacer sensores más baratos".

Aunque el avance logrado por Castellanos-Gómez y su equipo es relevante, aún queda para que nos lo encontremos en una prueba médica en un centro de salud, por ejemplo. "Fácilmente, me puedo imaginar que un periodo de unos 10 años es un periodo razonable para que este tipo de aplicaciones pudiesen tener un uso real".