Superkondensator ohne Giftstoffe Lehren aus der Entwicklung eines nachhaltigen Elektronikbauteils

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Die Elektronikindustrie steht vor einem Umweltproblem: Giftstoffe, Ewigkeitschemikalien und Berge von Elektroschrott belasten nicht nur die Natur, sondern auch den Ruf und die Rentabilität der Branche. Während strengere Gesetze Hersteller zum Umdenken zwingen, setzt Ligna Energy ein klares Zeichen – mit einem völlig ungiftigen, recyclingfähigen Superkondensator.

Die Elektronikindustrie hat ein Problem mit ihrem Einsatz von Giftstoffen und Ewigkeitschemikalien sowie ihrem enormen Beitrag zu den Bergen von Elektronikschrott, der auf den Deponien landet. Das Problem der Umweltverschmutzung schadet dem Ruf der Branche. Es schadet auch der Rentabilität.

Die Gesellschaft verliert die Geduld und es werden immer mehr Gesetze erlassen, um den Einsatz einiger Stoffe durch die Industrie zu reduzieren und die Kosten für andere zu erhöhen. In der Vergangenheit hat die Branche allzu oft die Umsetzung von Lösungen verzögert, indem sie Schäden verringert hat, statt sie zu eliminieren. Das ist aber kein guter Weg. Wenn ein Raucher wegen seiner Gesundheit zum Arzt geht, erhält er nicht den Rat, weniger zu rauchen, sondern generell damit aufzuhören.

So sollte auch die Elektronikindustrie nicht das Ziel verfolgen, die Umweltschäden durch Schadstoffe wie Schwermetalle und PFAS zu reduzieren, sondern den Schaden vollständig zu vermeiden. Die Entwicklung eines sicheren, recyclingfähigen Superkondensators durch Ligna Energy ist ein anschauliches Beispiel dafür, dass das möglich ist.

Umweltgefahren bei der Energiespeicherung

Das Problem des Einsatzes schädlicher Chemikalien in einem Produkt zeigt sich in der Elektronikindustrie besonders akut im Bereich der Energiespeicherung. Batterien werden gewöhnlich aus gefährlichen Chemikalien hergestellt. Dazu gehören Lithium, Mangan und Kobalt. Neben den Auswirkungen dieser Chemikalien, wenn sie bei der Entsorgung in der Umwelt freigesetzt werden, ist häufig bereits deren Förderung als Rohstoffe schädlich. Das gilt besonders, wenn die Förderung in Regionen stattfindet, in denen bewaffnete Konflikte ausgetragen werden.

Und man kann das Problem des Elektronikschrotts kaum überbewerten. Nach Angaben der Europäischen Kommission sind 2022 in der Europäischen Union 244.000 Tonnen Gerätebatterien verkauft worden. Im selben Jahr wurden davon nur 111.000 Tonnen zum Recycling gesammelt (siehe Abbildung 1).[1]

Als Reaktion darauf erlassen Regierungen weltweit immer strengere Bestimmungen für die Hersteller von Produkten, die Batterien enthalten. So soll z. B. laut der Europäischen Kommission die neuste Batterieverordnung 2023/1542 der Europäischen Union dafür sorgen, dass Batterien künftig einen geringen CO₂-Fußabdruck haben, so wenig schädliche Substanzen wie möglich enthalten, weniger Rohstoffe aus Nicht-EU-Ländern benötigen und in großem Umfang in Europa gesammelt, wiederverwendet und recycelt werden.[2]

2023 hat die US-amerikanische Umweltschutzbehörde EPA neue Regeln zum Recycling und Management verbrauchter Lithiumbatterien vorgeschlagen.[3]

Angesichts der Umweltschäden durch Batterien und der Kosten zur Einhaltung der Vorschriften überrascht es nicht, dass Produkthersteller sich dem Energy Harvesting als alternative grüne Energiequelle zuwenden, indem sie meistens eine Solarzelle am Gerät nutzen, um Elektrizität zu erzeugen. Dabei treten die ökologischen Eigenschaften von Superkondensatoren ins Scheinwerferlicht, denn Energy-Harvesting-Systeme benötigen eine Form der Energiespeicherung, wobei eine Batterie die am wenigsten umweltfreundliche Option ist.

Superkondensatoren mögen auf den ersten Blick umweltfreundlicher erscheinen, da sie gewöhnlich kein Kobalt enthalten, obwohl einige hybride Superkondensatoren über Lithiumelektroden verfügen. Herkömmliche Superkondensatoren enthalten jedoch andere Schadstoffe, einschließlich PFAS. Daher können Hersteller von Produkten mit autonomen drahtlosen Energieversorgungen keine wirkliche Nachhaltigkeit erreichen, indem sie nur Energy Harvesting implementieren. Der Einsatz eines herkömmlichen Superkondensators mag weniger Schaden als eine Batterie verursachen, gänzlich unschädlich ist er aber nicht.

Ein neuer sicherer und ungiftiger Superkondensator

Die fehlende grüne Alternative zur Energiespeicherung hat Ligna Energy dazu veranlasst, einen sicheren Superkondensator ohne giftige Stoffe zu entwickeln. Ligna S-Power Superkondensatoren bauen auf biologischen Materialien, einschließlich Aktivkohleelektroden aus Kokosnussschalen und einer Trennschicht aus Papier auf, die aus Nebenprodukten der Forstwirtschaft hergestellt wird (siehe Abbildung 2). Die S-Power-Produkte enthalten keine giftigen oder schädlichen Chemikalien – keine Schwermetalle und keine PFAS. Sie sind vollkommen sicher zu entsorgen und lassen sich – im Gegensatz zu Batterien oder herkömmlichen Superkondensatoren – mit Standardverfahren wie Zerkleinern und Waschen leicht recyceln oder thermisch verwerten.

Was ist also der große Unterschied zwischen dem Ansatz von Ligna Energy und der Freizügigkeit, mit der die übrige Elektronikindustrie weiterhin toxische Inhaltsstoffe einsetzt? Wir glauben, das beginnt bereits bei unserem Ethos, das unseren Geschäftspraktiken zugrunde liegt. Ligna Energys Mission ist es, grüne und sichere Lösungen zur Energiespeicherung bereitzustellen, um die Entwicklung des Internets der Dinge in eine nachhaltigere Richtung zu lenken. Erreicht wird diese Mission durch die Entwicklung der S-Power-Produkte und eine Massenproduktion, die eine wettbewerbsfähige Realisierung dieser Technologie ermöglicht.

Als Grundlage für dieses Ziel hat Ligna zwei wichtige Arbeitsprinzipien verfolgt:

• eine grüne Entwicklungsphilosophie vom Anfang bis zum Ende.

• eine Verpflichtung zur eigenständigen Forschung, um bei Bedarf neue, nicht toxische Materialien zu suchen und einzusetzen.

Die grüne Entwicklungsphilosophie kommt in der Verpflichtung zur Nachhaltigkeit bei jedem Aspekt eines Ligna-Produkts zum Ausdruck, und zwar nicht nur durch den Einsatz ungiftiger biologischer Werkstoffe, sondern auch durch Innovationen zur Verringerung des CO₂-Fußabdrucks des Produkts – nur 6 g CO₂-Äquivalente pro Einheit beim S-Power 2S mit 1,2 Farad. Der Schwerpunkt liegt auch auf aktiven Partnerschaften mit Herstellern von Energy-Harvesting-Produkten, um es den OEM zu erleichtern, Batterien durch PV-Zellen oder andere Formen des Harvesting zu ersetzen (siehe Abbildung 3).

Der zweite wichtige Aspekt beim Ansatz von Ligna ist die Verpflichtung, neue und sichere alternative Werkstoffe zu suchen. Um einen vollkommen ungiftigen Superkondensator zu entwickeln, konnte Ligna Energy nicht einfach nur einen Satz bekannter Komponenten nehmen und entsprechend vorhandener „Produktrezepte“ zusammenbauen. Vielmehr war wissenschaftliche Forschung erforderlich, um neue, sichere Werkstoffe zu testen und zu validieren und anschließend spezialisierte Produktionsmethoden zu entwickeln, um sie in einem Superkondensator mit präzisen und reproduzierbaren Eigenschaften zusammenzuführen.

Diese Kombination aus einer einzigartigen Herstellungsmethode, einem flachen Formfaktor und validierten Materialinnovationen bilden den Kern dessen, was Ligna Energy attraktiv macht: die Verbindung von Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz. Mit anderen Worten sind die S-Power-Produkte das Ergebnis gezielter Forschung, um eine wirklich nachhaltige und sichere Alternative zu bisherigen Superkondensatoren zu schaffen, die weder nachhaltig noch sicher waren.

Nur so kann die Elektronikindustrie schädliche Chemikalien eliminieren, statt lediglich ihren Einsatz zu verringern oder dessen Auswirkungen abzumildern; indem sie sich an das Prinzip hält, überhaupt keinen Schaden zu verursachen, und sich dazu verpflichtet, Forschung und Entwicklung voranzutreiben, um neue Alternativen zu den heute eingesetzten gefährlichen und unsicheren Werkstoffen zu finden. (sb)

* John Söderström ist Marketingdirektor bei Ligna Energy.

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