Kreislaufwirtschaft für Leiterplatten Elektronik auf Papierbasis soll Recycling-Problem lösen

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Schneider Electric GmbH

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung

Das EU-Projekt "CircEl-Paper" will eine nachhaltige und kosteneffiziente Kreislaufwirtschaft für Elektronik ermöglichen. Dafür werden funktionale Leiterplatten auf der Basis von Papiertechnologie entwickelt, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit elektronischen Bauteilen bestückt werden. Nach Gebrauchsende soll dieser Elektroschrott in Papierrecyclingfabriken wieder aufbereitet werden können.

Das Recycling im Allgemeinen ist – zumindest in der EU – bereits gut etabliert, insbesondere für Papier. Beim Recycling von Elektroschrott gibt es jedoch noch erhebliche Defizite: Von den 12 Millionen Tonnen Elektroschrott, die 2019 in Europa anfielen, wurden nur 42 Prozent ordnungsgemäß gesammelt und recycelt, wie unter anderem aus den Berichten des Weltwirtschaftsforums hervorgeht. Weltweit wurden sogar 53 Millionen Tonnen produziert und nur etwa 17 Prozent des Abfalls wurden nachweislich gesammelt und ordnungsgemäß entsorgt, so der Global E-Waste Monitor 2020. Und selbst wenn Elektroschrott im Recyclingprozess landet, gibt es noch ein weiteres Problem: In fast allen elektronischen Produkten sind elektronische Leiterplatten (PCBs) verbaut, die Sensoren, Chips, Kondensatoren, Widerstände und mehr enthalten. Diese Leiterplatten bestehen aus einem Glasfaser-verstärkten Kunststoff, kupferbasierten Schaltkreisen und verschiedenen Metallen. Da die Leiterplatten aus so vielen verschiedenen Materialien bestehen, ist ein vollständiges Recycling sehr komplex und teuer.

Papierbasierte Leiterplattentechnologie soll das Problem lösen

Das von den Verbrauchern am besten akzeptierte Recyclingverfahren ist das von Altpapier. Es ist auch eines der bewährtesten Recyclingverfahren. Hier will das EU-Projekt "CircEl-Paper" ansetzen und eine nachhaltige und kosteneffiziente Kreislaufwirtschaft für Elektronik auf Papierbasis ermöglichen. Es soll herausgefunden werden, ob und wie dies möglich ist, ohne die Leistung der Elektronik zu beeinträchtigen. Dafür werden funktionale Leiterplatten auf der Basis von Papiertechnologie entwickelt, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit elektronischen Bauteilen bestückt werden. Nach Gebrauchsende soll dieser Elektroschrott in Papierrecyclingfabriken dann wieder aufbereitet werden können.

Funktionspapiere bereits identifiziert

Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu recycelbaren Leiterplatten ist der Ersatz des weit verbreiteten Glasfaser-Polymer-Verbundmaterials FR4 durch ein Papiersubstrat. Für den ökologischen Fußabdruck würde dies eine Reduzierung der CO2-Äquivalente um bis zu 60 Prozent bedeuten. In einem vor zwei Jahren abgeschlossenen EU-Projekt wurden bereits Papiere, Druckverfahren und verschiedene Funktionsmaterialien identifiziert, die sich für die Herstellung von gedruckter Sensorik auf Papiersubstraten auch in größerer Menge eignen.

Gedruckte Elektronik

Elektronische Komponenten jetzt auch auf Papier druckbar

Das neue Projekt CircEl-Paper geht hier einen großen Schritt weiter, sowohl was die Anwendungsmöglichkeiten als auch die Betrachtung des gesamten Prozesses betrifft. Um die Leiterplattentechnologie in die Kreislaufwirtschaft zu überführen, wird jeder einzelne Prozessschritt untersucht. Darüber hinaus werden alternative Ansätze entwickelt, um den Anteil an Materialien zu erhöhen, die recycelbar, biobasiert, auf Sekundärrohstoffen basierend oder zumindest unbedenklich für die Umwelt sind.

Drei Anwendungsfälle demonstrieren Einsatzmöglichkeiten

Anhand von drei Anwendungsfällen aus den Bereiche n Medizin, Logistik und Unterhaltungselektronik will das CircEl-Paper-Projektteam die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der papierbasierten Leiterplattentechnologie demonstrieren: Ein medizinischer Sensor zur Messung des Blutzuckerspiegels auf der Haut, eine Verpackung mit integriertem Zeit-Temperatur-Indikator (TTI) und Grußkarten, die Musik abspielen, sollen die Leistungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit der Technologie veranschaulichen.

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