De meeste smartphones en andere elektrische of elektronische producten bevatten kleine hoeveelheden lood, wat op zich niet zo'n groot probleem lijkt. Maar als er vele miljarden van dergelijke producten zijn, hetzij in dagelijks gebruik of verdwaald, het totaal komt neer op zeer grote hoeveelheden lood - een giftig zwaar metaal.

Daarom, de milieuautoriteiten in de EU/EER, de VS en verschillende andere landen zijn overeengekomen het gebruik van lood in elektrische en elektronische apparatuur te beperken. Producten mogen niet meer dan 0,1 gewichtsprocent lood bevatten om te worden goedgekeurd voor CE-markering, volgens de huidige regelgeving – maar er zijn uitzonderingen, vooral als er geen alternatieve materialen te vinden zijn.

Een lange stap in de niet-giftige richting

"In praktijk, het is niet mogelijk om het gebruik van lood in dergelijke producten te beperken of te stoppen als u geen andere materialen heeft die dezelfde voordelen kunnen bieden zonder aanzienlijk duurder te zijn. Daarom, wij van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Oslo (UiO) hebben geprobeerd nieuwe materialen te ontwikkelen die de loodhoudende materialen kunnen vervangen. Nutsvoorzieningen, we hebben een lange stap gezet in de juiste en niet-toxische richting, ", zegt onderzoeker Henrik Hovde Soensteby tegen Titan.uio.no.

Soensteby is onlangs afgestudeerd als PhD, gebaseerd op zijn werk aan het maken van dunne films van een materiaal dat het potentieel heeft om lood in elektrische en elektronische producten te vervangen. Het materiaal bevat de gemeenschappelijke elementen natrium, kalium en zuurstof naast het metaal niobium, en heeft geen bekende schadelijke milieueffecten.

"Strikt gesproken, het materiaal is niet helemaal nieuw, maar het was moeilijk om het te produceren op een formulier dat in toepassingen kan worden gebruikt. Maar nu, we hebben dit probleem opgelost door gebruik te maken van de techniek genaamd Atomic Layer Deposition (ALD). We kunnen nu dunne films maken met kalium en natrium als belangrijke ingrediënten, wat niemand anders eerder heeft kunnen doen, "Soensteby legt uit

Het probleem met lood

De achtergrond van Sønsteby's onderzoek is dat we steeds meer elektrische en elektronische producten kopen, die voor een groot deel eindigen als afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA) wanneer nieuwe en coolere gadgets beschikbaar komen. Dit betekent dat de hoeveelheid AEEA wereldwijd voortdurend toeneemt, omdat sommige landen niet zo slim zijn als Noorwegen als het gaat om recycling. Volgens het Noorse Milieuagentschap ongeveer 85 procent van de AEEA in Noorwegen wordt gerecycled en gebruikt bij de productie van nieuwe apparatuur.

"De problemen met loodvervuiling zijn veel groter in China en de andere landen die de elektronische producten produceren waar we volledig afhankelijk van zijn geworden, maar dat betekent niet dat het ons in Europa niets zou moeten schelen. Het probleem met lood is dat het element in het lichaam wordt opgenomen en andere chemische stoffen zodanig verdringt dat belangrijke biologische functies worden verstoord. Vooral kinderen en zwangere vrouwen zijn kwetsbaar, omdat lood tijdens het groeien gemakkelijk in de botten wordt opgenomen, ', zegt Soensteby.

Loodvergiftiging kan een verscheidenheid aan symptomen veroorzaken (zie feitenkader) en er is zelfs beweerd dat loodvergiftiging de val van het oude Romeinse rijk heeft veroorzaakt.

"De Romeinen gebruikten loodverbindingen in hun aquaducten, en loodacetaat – ook wel loodsuiker genoemd – werd zelfs als zoetstof in wijn gebruikt. Duidelijk geen goed idee, " zegt oeønsteby.

Lood in drukgevoelige materialen

Lood wordt vaak gebruikt in materialen die piëzo-elektrisch zijn, wat betekent dat ze bestaan ​​uit kristallen die een elektrische spanning produceren wanneer er druk op wordt uitgeoefend. Daarom, deze materialen worden veel gebruikt als druksensoren. De omgekeerde functie is ook belangrijk:als u een elektrische spanning op dergelijke materialen zet, ze zullen uitzetten en je bijvoorbeeld een kleine motor geven die hele kleine dingen kan verplaatsen.

Het meest uitgebreide gebruik van piëzo-elektrisch en op lood gebaseerd materiaal vindt plaats in zenders en ontvangers, waar de keramische verbinding loodzirkonaattitanaat (ook wel PZT genoemd) moeilijk te vervangen was. PZT bevat ongeveer 60 gewichtsprocent lood. De dunne film die Sønsteby en collega's van de onderzoeksgroep Nanostructures and Functional Materials (NAFUMA) hebben weten te maken, biedt nu een realistisch alternatief.

De innovatieve dunne film bestaat uit kristallen, die Henrik Sønsteby creëert door één atomaire laag per keer af te zetten op een substraat van silicium. De onderzoekers van UiO lopen internationaal ver voor in het gebruik van ALD-technologie, en onderzoekscollega's van ver en dichtbij hebben opgemerkt dat ze deze films nu met natrium en kalium kunnen maken.

"In principe, Ik denk dat we een nieuwe deur hebben geopend door het mogelijk te maken om met ALD nieuwe soorten materialen te produceren. Zowel goedkopere batterijtechnologie, supergeleiders en thermo-elektrische materialen kunnen hiervan profiteren. We zijn benaderd door verschillende andere onderzoeksgroepen die al voortbouwen op ons onderzoek, ', zegt Soensteby.

De rest gaat over opschalen

Henrik Soensteby voegt eraan toe dat er nog enkele problemen moeten worden opgelost voordat de nieuwe dunne films in producten kunnen worden gebruikt.

"Nutsvoorzieningen, we kunnen de films in het laboratorium produceren, dus de volgende stap is om een ​​manier te vinden om hoeveelheden te produceren die groot en goedkoop genoeg zijn om industrieel te gebruiken. We moeten ook een manier vinden om kristallen te produceren waarbij alle piëzo-elektrische eigenschappen in dezelfde richting wijzen, voordat de materialen kunnen worden gebruikt als sensoren of kleine motoren. Echter, Ik zie geen reden waarom dit niet zou kunnen, ’ sluit Soensteby af.