Mit biologisch abbaubaren Leiterplatten machen Empa-Forscher einen wichtigen Schritt von fossilen Rohstoffen zur nachhaltigen Elektronik. Das Biomaterial basiert vollständig auf Holz und lässt sich zu funktionierenden Platinen für elektronische Geräte verarbeiten.
Leiterplatten bilden die Steuerzentralen von elektronischen Geräten. Auf den grün lackierten Platten befinden sich Kupferbahnen und verlötete Elektronikkomponenten. Umweltfreundlich sind sie nicht. Das Laminat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wird aus Erdöl hergestellt und lässt sich nicht recyceln. Die umweltgerechte Entsorgung in speziellen Pyrolyseöfen ist sehr aufwendig. Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts «HyPELignum» entwickelten Forscher aus dem «Cellulose and Wood Materials»-Labor der Empa ein Trägermaterial für die Leiterplatten auf der Basis von Holz. Es ist gleichwertig wie konventionelle Platten und kann vollständig biologisch abgebaut werden.
Trägerplatte aus Abfallmaterial
Bei der Extraktion der Rohstoffe Lignin und Hemicellulose aus Holz bleibt das bräunliche Abfallprodukt Lignocellulose übrig. Dieses flockige Material wird mit Wasserzugabe gemahlen, bis ein feines Netz aus hauchdünnen Fibrillen entsteht. Danach wird das Wasser mit hohem Druck herausgepresst und das Material getrocknet. Nach dieser Hornifizierung, bei der die Fibrillen näher zusammenrücken, entsteht eine feste Masse, die durch das enthaltene Lignin zusätzlich gebunden wird.
Diese Platten sind fast ebenso widerstandsfähig wie solche aus Glasfasern und Epoxid. Die Bioplatten reagieren immer noch auf Wasser und hohe Luftfeuchtigkeit. Das muss so sein, denn «wenn gar kein Wasser mehr in das Trägermaterial eindringen kann, können auch keine Mikroorganismen, wie Pilze, mehr darin wachsen – und damit wäre die Bioabbaubarkeit nicht mehr gegeben», erklärt Forscher Thomas Geiger.
Kurzlebige Elektronik
Die Forscher wollen den Biowerkstoff weiter verbessern. «Viele elektronische Geräte sind nur wenige Jahre in Gebrauch, bevor sie veralten – es ist daher nicht unbedingt sinnvoll, sie aus Materialien herzustellen, die Hunderte von Jahren überdauern können», erklärt Geiger. Am Ende der Lebensdauer einer Maus oder einer RFID-Karte werden die Produkte kompostiert.
Nach der Zersetzung des Trägermaterials können die metallischen und elektronischen Komponenten aus dem Kompost entnommen und recycelt werden. Jetzt ist man daran, die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen, ohne die Bioabbaubarkeit zu vermindern. Bis zum Abschluss des «HyPELignum»-Projekts im nächsten Jahr will man noch weitere Demogeräte anfertigen. Gemeinsam mit Schweizer und europäischen Unternehmen soll dann der Technologietransfer in die Industrie erfolgen.
