Schweizer Forscher haben biologisch abbaubare Leiterplatten (PCB) aus Holz entwickelt. Ziel ist es, ohne Leistungseinbußen Elektroschrott zu reduzieren.
Jedes moderne elektronische Gerät, vom Smartphone bis zur elektrischen Zahnbürste, enthält eine gedruckte Leiterplatte, kurz PCB. Diese Platten, die alle winzigen Bauteile miteinander verbinden, bestehen größtenteils aus nicht recycelbaren Kunststoffen und tragen erheblich zu den jährlich über 50 Millionen Tonnen Elektroschrott weltweit bei.
Forscher des eidgenössischen Labors für Materialwissenschaft und Technologie (Empa) in der Schweiz entwickelten nun eine neue Art von Leiterplatte, die vollständig aus biologisch abbaubaren Materialien besteht.
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Herkömmliche PCBs werden aus einem Gemisch aus Glasfasern und einem Kunststoff (einem faserverstärkten Epoxidharz auf Erdölbasis) hergestellt. Diese Kombination macht die Platten zwar stabil und widerstandsfähig gegen Hitze, aber auch nahezu unmöglich zu recyceln.
Denn: Die Trennung der Materialien ist komplex und teuer, weshalb die meisten Platten entweder auf Deponien landen oder verbrannt werden. Das verschwendet wertvolle Rohstoffe wie Gold und Kupfer und setzt Schadstoffe frei.
Biologisch abbaubare Leiterplatte aus Holz
Die Empa-Forscher wählten einen neuen Ansatz und nutzten einen besonders erneuerbaren Rohstoff der Natur: Holz. Denn Holz besteht aus den Pflanzenmolekülen Lignin und Zellulose, die ihm Struktur und Festigkeit verleihen. Die Forscher gewannen sogenannte Lignocellulose-Nanofibrillen aus dem Zellstoff, der als Abfallprodukt bei Bioraffinerieprozessen anfällt und reich an Lignin und Zellulose ist.
Diese Fasern vermahlte das Team mit Wasser zu einer feinen Paste. Anschließend pressten die Wissenschaftler das feuchte Material unter hohem Druck, um das Wasser zu entfernen. Dadurch verdichteten sich die Fibrillen zu einer gleichmäßigen, glatten und festen Platte, die als Basis für die neue biologisch abbaubare Leiterplatte dienen.
Leistung wie herkömmliche Platten
Tests ergaben, dass die Holz-Leiterplatte fast die gleiche Steifigkeit, Festigkeit und Fähigkeit zur Wärme- und Stromleitung aufweist wie herkömmliche Epoxidharzplatten. Zudem war die Oberfläche glatt genug, um mithilfe von Inkjet-Technologie präzise elektronische Schaltkreise zu drucken.
Um die Praxistauglichkeit zu belegen, bauten die Forscher eine voll funktionsfähige Computermaus. Das Gehäuse besteht dabei aus einer Kombination aus Biokunststoff und Holzpartikeln. Die Herstellung erfolgte im 3D-Druckverfahren.
Die fertige Maus funktionierte wie ein herkömmliches Gerät, konnte aber am Ende ihrer Lebensdauer kompostiert werden. Allerdings stellten die Forscher fest, dass das neue Material derzeit etwas weniger widerstandsfähig gegenüber Feuchtigkeit ist als herkömmliche PCBs, was ein wichtiger Punkt für den Einsatz in Konsumgeräten ist.
Das Empa-Team arbeitet bereits an Beschichtungen und Materialanpassungen, um dieses Problem zu beheben. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass die Herstellung von Holz-PCBs die Kohlenstoffemissionen im Vergleich zu Epoxidharzplatten um mehr als die Hälfte reduzieren könnte.
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