Tres fantásticos consejos de diseño electrónico para mejorar el medio ambiente

El mundo ya depende de la electrónica. Según Statista, en 2023 se registraron un total de 6.700 millones de suscripciones a teléfonos inteligentes en todo el mundo. En un estudio similar de 2023, el medio descubrió que los estadounidenses reemplazan los teléfonos inteligentes de consumo y empresariales cada 2,67 y 2,54 años, respectivamente. Eso es una gran cantidad de desechos electrónicos, pero refleja solo una fracción del total. Para ese valor, Statista estima que en 2022 se registró un total mundial de 62 millones de toneladas métricas.

Desafortunadamente, los humanos aún no han encontrado una forma económica y respetuosa con el medio ambiente de procesar los desechos electrónicos. Esto es preocupante ya que su procesamiento y eliminación inadecuados pueden liberar una cantidad de sustancias tóxicas en nuestro medio ambiente, como plomo, mercurio, arsénico y más. También hay que tener en cuenta que la fabricación de productos electrónicos puede ser igual de perjudicial.

Todos estos factores han creado una demanda de productos electrónicos ecológicos y sostenibles. Y aunque las opciones disponibles actualmente son limitadas, aquí hay algunas cosas que los ingenieros de diseño electrónico deben tener en cuenta para tomar decisiones más ecológicas.

Tres conceptos medioambientales para diseñar la electrónica

Hay una serie de conceptos que los ingenieros electrónicos pueden utilizar para mejorar sus diseños desde una perspectiva ambiental. Estos son:

1. Diseño sostenible
2. Fabricación ecológica
3. Economía circular

De acuerdo con McKinsey & Company, "nuestro análisis sugiere que mientras que la investigación y el desarrollo representa el 5 por ciento o menos del costo total de un producto, influye hasta el 80 por ciento de la huella de recursos de ese producto".

Como resultado, el diseño sostenible podría ser el factor más importante a la hora de desarrollar nuevos productos electrónicos. El proceso consiste en añadir consideraciones medioambientales en el diseño de todo el ciclo de vida de un producto, desde la recolección de las materias primas hasta la inevitable eliminación del producto. Esto se ha vuelto más fácil de implementar, ya que muchas herramientas de diseño de CAD, PLM y de ingeniería han incorporado evaluaciones del ciclo de vida ambiental (LCA) en su tecnología principal.

En segundo lugar, no es ningún secreto que los procesos de fabricación de productos electrónicos conllevan un importante impacto medioambiental. Aunque se están investigando procesos más sostenibles, los ingenieros aún pueden marcar la diferencia en este sentido. Al implementar metodologías de fabricación inteligentes, pueden mejorar la eficiencia energética de una fábrica y reducir los flujos de desechos. Además, al elegir fuentes de energía renovables para impulsar la producción, los ingenieros pueden dar el primer paso para hacer que estos procesos sean más ecológicos.

Por último, los ingenieros deben empezar a diseñar productos teniendo en cuenta la economía circular. Esto significa que un producto, sus partes e incluso sus materias primas se puedan reutilizar, reparar o reciclar fácilmente. Esto va más allá del derecho a reparar y revender productos electrónicos. Las empresas deben idear flujos de trabajo de reciclaje que puedan reacondicionar o reutilizar fácilmente los productos viejos para convertirlos en nuevos.

La electrónica medioambiental disponible ahora y en nuestro futuro

Todo esto plantea la pregunta, ¿qué piezas y materiales ecológicos están disponibles para los ingenieros? Desafortunadamente, para la industria electrónica, las opciones son actualmente limitadas.

Muchos investigadores están evaluando la posibilidad de producir componentes electrónicos a partir de materiales reciclados y abundantes. Otros, sin embargo, optan por una ruta de materiales orgánicos más sintéticos. Algunos ejemplos son:

• Materiales a base de seda o papel para electrónica ecológica y fotónica
• Hidrogeles conductores de iones para bioelectrónica
• Compuestos poliméricos conductores biocompatibles y biodegradables
• Biopigmentos y puntos cuánticos de carbono grafítico para el almacenamiento de energía electroquímica
• Disolventes ecológicos para indicadores y filtros UV orgánicos con recubrimiento de ranura
• Sustratos LED orgánicos a base de celulosa bacteriana y poliestireno reciclado

Sin embargo, algunas de las investigaciones más prometedoras se encuentran en los transistores orgánicos de efecto de campo (OFET). El objetivo es que los OFET reemplacen a los componentes electrónicos tradicionales, como sustratos, semiconductores y dieléctricos. Estos serían biodegradables y estarían hechos de abundantes materiales. Algunos productos conceptuales que se han producido incluyen pantallas plegables, tarjetas de identificación, sensores e incluso máscaras artificiales. Sin embargo, el desarrollo y la investigación de los OFET aún se encuentran en las primeras etapas.

Entonces, ¿qué piezas ecológicas están actualmente disponibles para los ingenieros? Un ejemplo es la serie de conectores de empalme Green Range 221 de WAGO. Los conectores están hechos en parte de material biocircular y plásticos reciclados.

La serie de conectores de empalme Green Range 221 de WAGO está fabricada en parte con material biocircular y plásticos reciclados. (Fuente de la imagen: WAGO)

Además, Allegro Microsystems ofrece una línea de soluciones de potencia y detección que agilizan los diseños y optimizan las transferencias de energía. Estos productos también están diseñados para aplicaciones ecológicas como inversores solares, bombas de calor y cargadores de vehículos eléctricos (EV).

En cuanto a otras piezas que están optimizadas para aplicaciones ecológicas, los ingenieros pueden recurrir a ITT Cannon para una serie de interconexiones de carga de vehículos eléctricos personalizables. Además, Klein Tools ofrece un panel solar plegable de 60 W que puede cargar rápidamente bancos de energía, estaciones de energía y baterías portátiles.

Finalmente, IEEE Spectrum informó que hay una "lucha de nitruro de galio (GAN) y carburo de silicio (SiC) por el dominio de la tecnología verde". El medio agregó que "independientemente de cuál gane, reducirán los gases de efecto invernadero en miles de millones de toneladas". Esto se debe principalmente al hecho de que el GaN y el SiC funcionan de manera más eficiente que los componentes de silicio tradicionales. Esto ya ha llevado al material a reducir el uso de electricidad de la industria de la iluminación entre un 30 y un 40 por ciento. Como resultado, estos materiales están comenzando la transición a otras aplicaciones electrónicas.

Para obtener más información sobre el GaN y el SiC y las ventajas medioambientales que tienen sobre los transistores de silicio tradicionales, vea el seminario web: ¿Qué tecnología de banda prohibida ancha es la más adecuada para su aplicación de alta eficiencia?