Forscher entwickeln Elektronik für den Kompost

Forscher entwickeln kompostierbare elektronische Geräte. Die Wissenschaftler gehen davon aus, die abbaubare Elektronik in den nächsten drei Jahren auf den Markt zu bringen. Das wäre vor allem im Hinblick auf elektronische Einweggeräte ein großer Fortschritt.

Gängige gedruckte Elektronik, etwa für organische Leuchtdioden (OLEDs), ist nicht biologisch abbaubar. Als ‚organisch‘ werden alle Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis bezeichnet. Über die Umweltverträglichkeit sagt der Begriff allein allerdings nichts aus. So ist beispielsweise die Trägerfolie von organischen Leuchtdioden aus dem gleichen Plastik wie herkömmliche Getränkeflaschen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie wollen nun kompostierbare Trägerfolien entwickeln. Dazu verwenden sie Materialien, die in der Natur vorkommen. Speisestärke, Zellulose und Chitin eignen sich zum Beispiel als Material für Trägerfolien. Auf die kompostierbaren Folien müssen dann elektronische Bauteile gedruckt werden, und zwar mit kompostierbarer Tinte.

Bei der herkömmlichen Herstellung von gedruckter Elektronik können alle Materialklassen – Polymere, Keramiken oder Metalle – mittels Druckverfahren auf Folien, Flachprodukte oder Bauteile verarbeitet werden. Für die Herstellung von biologisch abbaubarer Elektronik sind die Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie auf der Suche nach abbaubaren Materialien. Diese seien zwar nicht so langlebig wie die anorganischen Alternativen, überstünden die Lebensdauer von Einwegelektronik jedoch schadlos, sagt Gerado Hernandez-Sosa vom vom Karlsruher Institut für Technologie.

Die Tinte, die bei der Herstellung gedruckter Elektronik verwendet wird, besteht in Abhängigkeit von der Funktion des gewünschten Bauteils aus leitenden, halbleitenden oder nichtleitende, also isolierenden, Materialien. Nach dem Auftragen trocknet das flüssige Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Bauteil. Die Forscher sind nun dabei, biologisch abbaubare Tinte zu entwickeln, die auf den kompostierbaren Folien funktioniert und mit den bereits vorhandenen Geräten gedruckt werden kann. Hersteller können so auf die umweltfreundlicheren Materialien umsteigen, ohne sich neue Geräte anschaffen zu müssen.

Für die Entwicklung der kompostierbaren Tinten müssen die Forscher Material identifizieren, das umweltverträglich ist und die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Außerdem stehen die Forscher vor der Herausforderung, ein geeignetes Lösemittel zu entwickeln. Dieses muss bei druckfähigen Temperaturen in flüssiger Form vorliegen und darf weder in die Trägerfolie einziehen noch auf ihr abperlen. Auch seine Konsistenz ist wichtig. Ist es zu dick, verstopfen die Poren des Druckers, ist es zu dünn, verläuft es auf der Folie und verteilt sich ungleichmäßig auf ihr. All das zu bedenken ist wichtig, weil die Eigenschaft des getrockneten Materialfilms entscheidend für die Funktion der elektrischen Bauteile ist. Seine Dicke, die  weniger als einem tausendstel Millimeter beträgt, darf nur um maximal 5 Prozent schwanken.

Das Druckverfahren zur Herstellung elektronischer Geräte zeichnet sich durch wesentlich geringere Herstellungskosten gegenüber der konventionellen Herstellung aus. Das führt zur vermehrten Herstellung von Einwegprodukten, die dann Teil der knapp 2 Millionen Tonnen Elektroschrott sind, die in Deutschland jährlich anfallen. Das macht die Erfindung von gedruckter Elektronik, die biologisch abbaubarer ist, so wichtig.

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