Center Smart Materials and Adaptive Systems CeSMARecycelbare Elektronik auf Papierbasis
Das Projekt CircEl-Paper entwickelt papierbasierte Elektronik mit hoher Integrationsdichte, um konventionelle Leiterplatten zu ersetzen, das Recycling zu erleichtern und die Rücklaufrate elektronischer Produkte zu erhöhen. Dafür soll auf die bei Konsumenten akzeptierte Kreislaufwirtschaft für Papierprodukte aufgesetzt werden, in die der Recyclingkreislauf für papierbasierte Elektronik integriert wird.
Dafür sollen die herkömmlichen, schlecht recycelbaren Leiterplatten aus faserverstärkten Kunststoffen, die in elektronischen Geräten eingesetzt werden, durch solche auf Papierbasis ersetzt werden. Neue Herstellungsverfahren können dabei für eine hohe Integrationsdichte sorgen. Gebrauchte papierbasierte PCB sollen dann einfach in einen Papierrecyclingprozess eingebracht werden, um die elektronischen Komponenten, Metalle und Funktionsmaterialien zu trennen und zurückzugewinnen. Durch die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen soll auch der CO2-Fußabdruck geringer werden – um bis zu 60 % CO2-Äquivalenten im Vergleich zu herkömmlichen PCB könnten erreicht werden.
In CircEl-Paper soll anhand von drei konkreten Anwendungsfällen die Machbarkeit demonstriert und der ökologische Fußabdruck bewertet werden:
1. Medizinische Sensoren zur Messung des Glukosespiegels auf der Hautoberfläche
2. Verpackungen mit Zeit-Temperatur-Indikator (TTI) Etiketten
3. Akustische Grußkarten mit Musik
Dass die Umstellung in der Elektronikproduktion essentiell sein wird, wird an den globalen Zahlen deutlich. Nach dem „Global e-waste monitor 2020“, den die ITU (Sonderorganisation der Vereinten Nationen für Informations- und Kommunikationstechnologien) herausgegeben hat, wurden 2019 mehr als 53 Millionen Tonnen Elektroschrott produziert[1], Tendenz steigend – ein neuer Report ist für 2023 angekündigt. Aber nur 17 Prozent wurden weltweit ordnungsgemäß gesammelt und recycelt. Eine große Menge an wertvollen und mit hohem Aufwand produzierten Materialien geht so regelmäßig verloren. Denn in fast allen diesen elektronischen Produkten sind elektronische Leiterplatten (PCB) eingebaut, die Sensoren, Chips, Kondensatoren, Widerstände und andere elektronische Komponenten enthalten. Die Leiterplatten selbst bestehen aus einem vorimprägnierten, faserverstärkten Kunststoff und Schaltkreisen auf Kupferbasis. Außerdem werden Metalle wie Pd, Ag, Ni, Au usw. und zusätzliche Polymere (Lötstop-Masken, Dielektrika usw.) beteiligt.
CeSMA forscht unter anderem an speziellen Hybridpolymeren (ORMOCER®), die als Zwischenlagendielektrikum, Verkapselungs- oder Isolationsmaterialien von gedruckten Kondensatoren Einsatz finden und auf Basis biobasierter Ausgangsstoffe synthetisiert werden können. Des Weiteren werden alternative elektrisch leitfähige Tinten entwickelt, die aus bereits recycelten und leicht verfügbaren Ausgangsstoffen bestehen und ohne den Einsatz von Silberpartikeln auskommen, welche durch ihre antibakterielle Wirkung einen negativen Einfluss auf die Umwelt haben. Die Entwicklungen sollen den ökologische Fußabdruck der auf Papier aufgebauten Elektronik weiter reduzieren.
[1] https://www.itu.int/en/ITU-D/Environment/Pages/Spotlight/Global-Ewaste-Monitor-2020.aspx