Elektronikkomponenten aus Obstabfällen
Substrate aus Zellulose für gedruckte und flexible elektronische Bauteile.
Der immer stärkere Einsatz elektronischer Geräte bringt neben einer Reihe von Vorteilen auch berechtigte ökologische und soziale Bedenken mit sich – ob hinsichtlich der Beschaffung von begrenzten Rohstoffen für ihre Produktion oder ihrer ordnungsgemäßen Entsorgung und Wiederverwertung. Die Notwendigkeit, nachhaltigere Alternativen für die Herstellung elektronischer Komponenten zu entwickeln und sie in einer Kreislaufperspektive wiederzuverwerten, wird auch vom Forschungsteam des Sensing Technologies Lab, des Labors für Nanotechnologie und Sensorik der Universität Bozen unter Leitung von Paolo Lugli und Luisa Petti groß geschrieben. Gemeinsam mit internen und internationalen Partnern haben sie eine neue Technologie entwickelt, die Papier aus Obstabfällen zur Herstellung von gedruckten elektronischen Schaltkreisen verwendet.
Für die Produktion der elektronischen Komponenten wird die Oberfläche eines Zellulosesubstrats, das aus den Reststoffen der Verarbeitung von Äpfeln, Kiwis und Trauben gewonnen wird, mittels Laserdruck karbonisiert. Die aus Obstabfällen hergestellten Papiersubstrate sind ein Ersatz für Zellstoff, der traditionell für die Herstellung von Substraten für solch flexible gedruckte Komponenten verwendet wird. Somit wird der Verbrauch einer natürlichen Ressource wie Holz verringert; gleichzeitig werden Lebensmittelabfälle sinnvoll verwertet. Durch unterschiedliche Laserparameter konnten die Forschenden elektronische Bauteile wie Kondensatoren, Biosensoren und Elektroden für Lebensmitteltests sowie zur Messung der Herzfrequenz und der Atmungstätigkeit entwickeln.
Die auf Früchten basierende und völlig plastikfreie Zellulose hat sich auch als sehr geeignet für den direkten Kontakt mit menschlicher Haut erwiesen. Somit eignen sich solch biokompatible Komponenten auch für den Einsatz in Wearables und anderen Systemen, in denen Sensoren in Kontakt mit der menschlichen Haut kommen. Die Verwendung eines natürlichen Substrats eröffnet aber auch gleich zwei neue Strategien für das Recycling der Komponenten. So können sie sich entweder innerhalb von vierzig Tagen bei Raumtemperatur in Zitronensäure auflösen, eine kostengünstige natürliche Lösung ohne schädliche Rückstände. Als Alternative können sie als Pflanzendünger oder Bodenverbesserungsmittel wieder in die Natur eingebracht werden.
„Eine nachhaltige und energiesparende Technologie für die Herstellung elektronischer Geräte erfordert besondere Eigenschaften wie die Nutzbarkeit der Methode auf großen Flächen, einen begrenzten Energieverbrauch und geringe Herstellungskosten. Unsere Technologie ist absolut nachhaltig, umweltfreundlich und zirkulär, da sie Papiersubstrate verwendet, die aus der Verarbeitung von Obstabfällen gewonnen werden, sowie eine Drucktechnik, die auf der Karbonisierung mittels eines einfachen Lasers beruht. All dies könnte einen wichtigen Schritt für die Vermarktung der Elektronik darstellen“, sagt Paolo Lugli.
„Die Ergebnisse unserer Studie bereiten den Weg für eine neue Forschungsrichtung, in der elektronische Geräte mit einer drastischen Verringerung des Abfallaufkommens und unter Einsatz neuer CO2-armer Fertigungstechniken entwickelt werden können. Ich hoffe, dass auf diesen ersten Schritt noch viele weitere Forschungsprojekte zur nachhaltige Entwicklung von intelligenten Systemen und neuen Technologien in der Elektronik folgen werden“, sagt Forscher Giuseppe Cantarella.
U. Bozen / JOL
