Elektronikschrott recyceln Forscher entwickeln kompostierbare Elektronik

Halbleiter und Farbstoffe aus Pflanzenextrakten und Isolatoren aus Gelatine: Was etwas ungewöhnlich klingt, ist aber durchaus sinnvoll. Elektronik soll biologisch abbaubar sein.

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Weltweit fallen jedes Jahr etwa 40 Millionen Tonnen Elektronikschrott an, davon allein knapp zwei Millionen Tonnen in Deutschland. Gefördert wird dieser Trend von gedruckter Elektronik, da diese kostengünstig ist und vermehrt in Einwegprodukten wie interaktiven Verpackungen oder intelligenten Pflastern neue Märkte erschließt.

Ein Ausweg verspricht gedruckte Elektronik aus kompostierbaren Naturmaterialien. Nachwuchsforscher des KIT in Karlsruhe arbeiten mit biologisch leicht abbaubaren Materialien. Künftig sollen Halbleiter und Farbstoffe aus Pflanzenextrakten und Isolatoren aus Gelatine entstehen. Diese sind zwar nicht so langlebig wie ihre anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos. Das glaubt Dr. Gerado Hernandez-Sosa, Leiter der eingerichteten Nachwuchsforschergruppe Biolicht. Hat die Elektronik ausgedient, kann sie ohne Problem auf den Kompost oder Biomüll entsorgt werden.

Warum die OLED nicht biologisch abbaubar ist

Allerdings muss man vorsichtig sein. Denn die gängige gedruckte Elektronik ist nicht biologisch abbaubar. Dazu gehören die Organischen LED, auch als OLED bekannt. Der Begriff „organisch“ bezeichnet die verwendeten Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis. Allerdings sagt der Begriff nichts über die Umweltverträglichkeit aus.

So ist beispielsweise die Trägerfolie einer OLED, also das Papieräquivalent der elektronischen Tinte, aus dem gleichen Plastik wie herkömmliche Getränkeflaschen. Die Nachwuchsgruppe Biolicht verwendet hierfür nur Materialien, die in der Natur tatsächlich vorkommen. Als Trägerfolien eignen sich beispielsweise Speisestärke, Zellulose oder Chitin.

Auf Metalle und Halbmetalle, wie Silizium, verzichten die Wissenschaftler fast vollständig. Der Vorteil von Plastik: Es ist biegsam, kostengünstig und lässt sich zu kilometerlangen Druckerfolien verarbeiten. Mit dieser Technologie wird es möglich, etwa Aufkleber mit einer elektronischen Ampel für das Haltbarkeitsdatum oder Pflaster mit eingebauten Sensoren, die den Heilungsprozess überwachen, im industriellen Maßstab herzustellen.

Gedruckte Elektronik

Biologisch abbaubare Tinte

Zunächst gilt es allerdings auf die kompostierbaren Folien elektronische Bauteile zu drucken, ähnlich wie Buchstaben auf Papier. Ihre Funktion hängt von der verwendeten Tinte ab: Anstelle von Farbpartikeln sind darin leitende, halbleitende oder nichtleitende, also isolierende, Materialien gelöst. Nach dem Auftragen trocknet das flüssige Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Bauteil.

Ziel der Nachwuchsgruppe ist es, biologisch abbaubare Tinten zu entwickeln, die auf das neue Folienmaterial abgestimmt sind und gleichzeitig mit bestehenden Geräten gedruckt werden können. „Hersteller organischer Elektronik können so auf die umweltfreundlichen Materialien umsteigen, ohne ihr Druckerarsenal auszutauschen“, sagt Dr. Hernandez-Sosa.

Gewünschte elektrische Eigenschaften

Für die Tinten müssen die Nachwuchswissenschaftler nun umweltverträglichen Materialien mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften identifizieren. Beispielsweise eignet sich die Hartgelatine, aus der Medikamentenkapseln bestehen, zum Isolieren. Aufwendig ist auch die Wahl des Lösemittels: Eine Voraussetzung ist, dass es bei druckfähigen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt.

Weiterhin darf es im Unterschied zu gewöhnlicher Tinte nicht in das Trägermaterial eindringen, sondern sollte darauf einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm bilden, ohne abzuperlen. Ein zu dickflüssiges Lösemittel verstopft die Poren des Druckers. Ein zu dünnflüssiges verläuft auf der Trägerfolie und benetzt sie nicht gleichmäßig. Die Eigenschaften des getrockneten Materialfilms sind aber für die Funktion der elektrischen Bauteile entscheidend: So darf seine Dicke, die weniger als einem tausendstel Millimeter beträgt, maximal um fünf Prozent schwanken. Die Wissenschaftler rechnen damit, kompostierbare organische Elektronik innerhalb der nächsten drei Jahre marktreif zu machen.

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