Bioabfall statt Elektromüll: Technik zum Drucken

Forscher tüfteln an kompostierbaren Materialien zur Schrottvermeidung

Hightech-Bauteile: neue Materialien für Umweltschutz 2.0 (Foto: kit.edu)

Karlsruhe (pte003/12.08.2015/06:10) Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie http://kit.edu arbeiten derzeit an gedruckter Elektronik aus kompostierbaren Naturmaterialen und haben parallel dazu ein Verfahren für eine industrielle Produktion entwickelt. Für ihr Vorhaben sollen Halbleiter und Farbstoffe aus Pflanzenextrakten oder Isolatoren aus Gelatine entstehen - ein sinnvoller Ansatz, denn bisher fallen allein in Deutschland Jahr für Jahr knapp zwei Mio. Tonnen Elektroschrott an.

Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis

Biologisch leicht abbaubare Materialien stehen im Fokus. "Diese sind zwar nicht so langlebig wie die anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos", verdeutlicht Gerado Hernandez-Sosa, Leiter der Nachwuchsforschergruppe Biolicht. Zudem könne man die Elektronik, sobald sie ausgedient hat, einfach in den Biomüll oder auf den Kompost werfen, wo sie gleich einer Bananenschale verrotte.

Für gedruckte Elektronik, etwa für organische Leuchtdioden (OLEDs), gilt dies bislang nicht. Organisch seien alle Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis. "Über die Umweltverträglichkeit sagt der Begriff allein noch nicht aus", beschreibt Hernandez-Sosa die Materialbeschaffenheit. So sei beispielsweise die Trägerfolie von OLEDs - das Papieräquivalent für elektronische Tinten - aus dem gleichen Plastik wie herkömmliche Getränkeflaschen.

Industrieller Maßstab im Zentrum

So werden nur Materialien genutzt, die in der Natur vorkommen. Als Trägerfolien eignen sich Speisestärke, Zellulose oder Chitin. Auf Metalle und Halbmetalle, wie Silizium, wird fast komplett verzichtet. Der Vorteil von Plastik: Es ist biegsam, billig und lässt sich zu kilometerlangen Druckerfolien verarbeiten. Mit dieser Technologie wird es möglich, etwa Aufkleber mit elektronischer Ampel für Haltbarkeitsdaten oder Pflaster mit eingebauten Sensoren, die den Heilungsprozess überwachen, im industriellen Maßstab herzustellen.

Zunächst gilt es, auf die kompostierbaren Folien elektronische Bauteile zu drucken. Ihre Funktion hängt von der Tinte ab: Anstelle von Farbpartikeln sind darin leitende, halbleitende oder nichtleitende, also isolierende, Materialien gelöst. Nach dem Auftragen trocknet das Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Bauteil. Ziel der Forscher 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", so Hernandez-Sosa. Für die Tinten müssen die Experten nun umweltverträgliche Materialen mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften identifizieren. Beispielsweise eignet sich die Hartgelatine, aus der Medikamentenkapseln bestehen, zum Isolieren. Aufwendig ist auch die Wahl des Lösemittels: Voraussetzung ist, dass es bei druckfähigen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt.

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