Biologisch abbaubare Leiterplatte aus Cellulose

Leiterplatten für elektronische Geräte bestehen in aller Regel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz. Ein großer Vorteil ist, dass es praktisch ewig hält. Ein großer Nachteil ist, dass es praktisch ewig hält. Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) präsentiert nun eine biologisch abbaubare Alternative: „Bräunliche Lignocellulose, für die es bisher keine Verwendung gab“, wie es Materialforscher Thomas Geiger vom Empa beschreibt.

„Unsere Partner am Forschungsinstitut TNO in den Niederlanden haben ein Verfahren entwickelt, um die Rohstoffe Lignin und Hemicellulose aus dem Holz zu extrahieren“, schildert Geiger. Das zurückbleibende Restmaterial, das immer noch ein bisschen Lignin enthält, mahlt er mit Wasser, um die relativ dicken Cellulosefasern zu feinen Cellulose-Fibrillen aufzuschließen. Dabei entsteht ein feines Netz aus hauchdünnen Fibrillen, die untereinander verknüpft sind.

Anschließend wird das Wasser herausgepresst. Dabei rücken die Fibrillen näher zusammen und trocknen schließlich zu einer festen Masse. Diesen Prozess nennen die Forscher „Hornifizierung“. Das enthaltene Lignin dient als zusätzliches Bindemittel.

Das Ergebnis ist eine „hornifizierte Platte“, die nahezu so widerstandsfähig sei, wie eine konventionelle Leiterplatte. Aber eben nur nahezu, was zielführend ist. Denn Platte soll ja kompostierbar sein. Sie muss also auf Wasser oder hoher Luftfeuchtigkeit reagieren. „Wenn gar kein Wasser mehr in das Trägermaterial eindringen kann, können auch keine Mikororganismen, wie Pilze, mehr darin wachsen – und damit wäre die Bioabbaubarkeit nicht mehr gegeben“, erklärt Geiger.

Vorzeigegerät Holzmaus

In Zeiten kurzlebiger Wegwerfelektronik sollte es genügend Anwendungsfälle geben. Dass es grundsätzlich funktioniert, demonstriert Empas österreichischer Partner Profactor, ein außeruniversitäres Forschungsunternehmen mit Standorten in Steyr und Wien. Profactor hat hornifizierte Leiterplatten mit Leiterbahnen bedruckt und mit Komponenten bestückt. Herausgekommen sind funktionierende elektronische Geräte, etwa eine Computermaus und eine RFID-Karte. Die Maus hat passenderweise gleich ein Holzgehäuse bekommen.

Das Kompostierprozessss stellt sich Empa so vor: „Am Ende seiner Lebensdauer könnte ein solches Gerät unter den richtigen Bedingungen kompostiert werden. Ist das Trägermaterial erst mal zersetzt, lassen sich die metallischen und elektronischen Komponenten aus dem Kompost entnehmen und recyceln.“ Vorerst aber wollen die Materialexperten noch ab der Haltbarkeit der nachhaltigeren Leiter arbeiten.

Die Arbeiten sind Teil des EU-Forschungsprojekts HyPELignum. Es strebt nach CO₂-neutraler Elektronik. Dafür kombinieren Projektpartner aus Forschung und Industrie holzbasierte Ausgangsstoffe und möglichst unkritische Übergangsmetalle mit additiver Fertigung. HyPELignum ist wiederum Teil des Forschungsrahmenprogramms Horizont Europa.

(ds)