{"id":126443,"date":"2023-05-09T07:35:00","date_gmt":"2023-05-09T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=126443"},"modified":"2023-05-04T13:00:31","modified_gmt":"2023-05-04T11:00:31","slug":"grune-elektronik-elektronik-auf-dem-holzweg","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/grune-elektronik-elektronik-auf-dem-holzweg\/","title":{"rendered":"Gr\u00fcne Elektronik: Elektronik auf dem Holzweg"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Versuchsweise
Versuchsweise hat Empa-Forscher Thomas Geiger Geh\u00e4useteile f\u00fcr Computerm\u00e4use aus Cellulosefasern gefertigt. Die Oberfl\u00e4chen gl\u00e4nzen wie edles Elfenbein; die Bauteile sind komplett kompostierbar. Bild: Empa<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Seit vielen Jahren forscht Thomas Geiger auf dem Gebiet der Cellulosefibrillen \u2013 das sind feine Fasern, die sich etwa aus Holzabschnitten oder landwirtschaftlichen Abf\u00e4llen herstellen lassen. Cellulosefasern bergen ein hohes Potential f\u00fcr eine nachhaltige Produktion und eine Dekarbonisierung der Industrie: Sie wachsen CO2<\/sub>-neutral in der Natur, verbrennen ohne R\u00fcckst\u00e4nde und sind sogar kompostierbar. Sie lassen sich f\u00fcr vielerlei Zwecke einsetzen, etwa als Faserverst\u00e4rkung in technischen Gummiwaren wie Pumpenmembranen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Doch kann man aus Cellulosefasern vielleicht auch Leiterplatten herstellen, die den \u00f6kologischen Fussabdruck von Computern verringern? Gerade Leiterplatten, auch Platinen oder PCBs genannt (\u00abprinted circuit boards\u00bb) sind \u00f6kologisch alles andere als unschuldig: Sie bestehen meist aus Glasfasern, die in Expoxidharz getr\u00e4nkt sind. Ein solcher Verbundwerkstoff ist nicht recyclingf\u00e4hig und kann bislang nur in speziellen Pyrolyseanlagen sachgerecht entsorgt werden.<\/p>\n\n\n\n

Computermaus im Elfenbein-Look<\/h3>\n\n\n\n

Geiger hatte bereits Computerplatinen aus Cellulosefasern hergestellt und deren biologischen Abbau untersucht. Die Bio-Fasern ergeben mit Wasser vermischt einen dickfl\u00fcssigen Schlamm, der sich in einer Spezialpresse entw\u00e4ssern und verdichten l\u00e4sst. Gemeinsam mit einer Kollegin stellte er 20 Versuchsplatinen her, die diversen mechanischen Tests unterworfen und schliesslich mit elektronischen Komponenten best\u00fcckt wurden. Der Versuch gelang, und die Celluloseplatine gab nach wenigen Wochen in der Natur die aufgel\u00f6teten Bauteile wieder frei.<\/p>\n\n\n\n

Zuvor war Geiger bereits gemeinsam mit der Fachhochschule OST in Rapperswil an einem Innosuisse-Projekt beteiligt, aus dem Geh\u00e4useteile f\u00fcr Computerm\u00e4use entstanden. Die hergestellten Geh\u00e4useteile gl\u00e4nzen seidig und \u00e4hneln in Farbe und Haptik Werkst\u00fccken aus Elfenbein. Doch es fand sich kein Hersteller, der die Methode \u00fcbernehmen wollte. Der Preiswettbewerb bei Kleinelektronik ist daf\u00fcr noch zu gross \u2013 und die herk\u00f6mmlichen Kunststoff-Spritzgussverfahren sind deutlich im Vorteil.<\/p>\n\n\n\n

Holzwolle oder Zellulosefasern<\/h3>\n\n\n\n
\"Hochdruck:
Hochdruck: Bei 150 Tonnen Druck werden die Cellulosefasern zun\u00e4chst entw\u00e4ssert und in einem zweiten Arbeitsgang verfestigt. Thomas Geiger vor seiner Spezialpresse mit den Werkzeugen. Bild: Empa<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Vor kurzem ergibt sich dann die Chance, auf den bestehenden Erkenntnissen aufzubauen: Die Empa-Nachhaltigkeitsspezialistin Claudia Som wurde angefragt, ob sie am EU-Forschungsprojekt \u00abHypelignum\u00bb<\/a> mitarbeiten wolle. Dieses wird vom schwedischen Materialforschungsinstitut RISE geleitet und sucht nach neuen Wegen f\u00fcr nachhaltig produzierte Elektronik. Claudia Som zog ihren Kollegen Thomas Geiger hinzu.<\/p>\n\n\n\n

Das Projekt startete im Oktober 2022. Das Forscherkonsortium, mit Beteiligung aus \u00d6sterreich, Slowenien, Spanien, den Niederlanden, Schweden und der Schweiz, plant, \u00d6ko-Leiterplatten aus verschiedenen Materialien herzustellen und zu evaluieren: Neben nanofibrillierter Zellulose (CNF) wird als Basis Holzwolle und Zellstoff aus Pappelholz untersucht; auch Holzfurnier kommt als Basis f\u00fcr die Platinen zum Einsatz.<\/p>\n\n\n\n

Zwei Forschungsabteilungen der Empa arbeiten am Projekt mit: Zum einen die Nachhaltigkeitsspezialisten um Claudia Som von der Abteilung \u00abTechnologie und Gesellschaft\u00bb. Som wird mit Hilfe von Material-Datenbanken den \u00f6kologischen Fussabdruck der \u00d6ko-Leiterplatten berechnen und die einzelnen Konzepte untereinander vergleichen.<\/p>\n\n\n\n

Thomas Geiger von der Empa-Abteilung \u00abCellulose & Wood Materials\u00bb wird aus nachwachsenden Rohstoffen die Leiterplatten herstellen. \u00abGr\u00fcne\u00bb Elektronik ist schon seit l\u00e4ngerem ein Forschungsschwerpunkt der Abteilung, die von Gustav Nystr\u00f6m geleitet wird; Nystr\u00f6ms Team hat bereits diverse gedruckte Elektronikkomponenten aus bioabbaubaren Materialien entwickelt, etwa Batterien und Displays (s. Infobox). Die Anforderungen an industriell hergestellte Computerplatinen sind indes nicht trivial: Die Platinen m\u00fcssen nicht nur eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, sondern d\u00fcrfen auch in feuchten Bedingungen nicht aufquellen oder bei sehr niedriger Luftfeuchtigkeit Risse bilden.<\/p>\n\n\n\n

\u00abCellulosefasern k\u00f6nnen eine sehr gute Alternative zu Glasfaser-Verbundwerkstoffen sein\u00bb, erl\u00e4utert Geiger. \u00abWir entw\u00e4ssern das Material in einer Spezialpresse mit 150 Tonnen Druck. Dann kleben die Cellulosefasern ohne weitere Hilfsstoffe von alleine zusammen. Wir nennen das ‘Hornifizierung’.\u00bb Das Entscheidende dabei ist, bei welchem Druck, welcher Temperatur und f\u00fcr wie lange der Pressprozess stattfinden muss, um optimale Ergebnisse zu erzeugen.<\/p>\n\n\n\n

Vier Demonstratoren geplant<\/h3>\n\n\n\n
\"Bioabfall:
Bioabfall: Versuchsplatine nach der Kompostierung.
Bild: Empa<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das EU-Projekt Hypelignum hat weitgesteckte Ziele: Es soll nicht nur Leiterplatten aus nachwachsenden und kompostierbaren Rohstoffen untersuchen, sondern auch leitf\u00e4hige Tinten f\u00fcr die elektrischen Verbindungen zwischen den Bauteilen entwickeln. Diese Tinten werden oft basierend auf Silber-Nanopartikeln hergestellt. Die Forschenden suchen nach preisg\u00fcnstigeren und weniger raren Ersatzmaterialien, ebenso wie nach einer \u00f6kologischen Produktionsmethode f\u00fcr diese Nanopartikel.<\/p>\n\n\n\n

Am Ende des Projekts sollen vier Demonstratoren die erreichten Forschungsergebnisse sichtbar machen: eine \u00f6kologisch vorbildliche Leiterplatte, ein grosses Konstruktionselement aus Holz, das mit Sensoren und Aktuatoren best\u00fcckt wird, M\u00f6belst\u00fccke, die in einer automatisierten Fertigungsstrasse mit Sensoren best\u00fcckt werden und schliesslich ein Demonstrator, der die Recyclingf\u00e4higkeit all dieser Bauteile beweist.<\/p>\n\n\n\n

Displays und Batterien aus Cellulose<\/h3>\n\n\n\n

Einer Forschergruppe der Empa um Gustav Nystr\u00f6m gelang es 2022, ein bioabbaubares Display auf Basis von Hydroxypropyl-Cellulose (HPC) zu bauen. Sie nutzen HPC als Tr\u00e4germaterial und f\u00fcgten einen geringen Anteil Carbon-Nanor\u00f6hrchen hinzu, wodurch die Cellulose elektrisch leitf\u00e4hig wurde. Durch Zumischung von Cellulose-Nanofasern (CNF) brachten sie die Tinte in eine druckf\u00e4hige Form. Das Display ver\u00e4ndert seine Farbe je nach angelegter elektrischer Spannung; ausserdem kann es auch als Druck- oder Zugsensor dienen und hat das Potential, als bio-abbaubares User-Interface in k\u00fcnftiger \u00d6ko-Elektronik eine Rolle zu spielen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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