Während elektronische Geräte ein elementarer Bestandteil unseres Alltags geworden sind, steigt bei ihrer Herstellung der Verbrauch kritischer Rohstoffe und der Energiebedarf kontinuierlich an. Laut der Europäischen Kommission soll mit dem European Green Deal bis 2050 ein klimaneutrales Europa mit einer wettbewerbsfähigen Wirtschaft erreicht werden, weshalb es neue Ansätze braucht, die Nachhaltigkeit nicht erst am Ende eines Produktlebenszyklus betrachten, sondern bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigen.
Genau hier setzt das Großprojekt SUSTRONICS an. Das Konsortium aus 11 europäischen Ländern entwickelt neue Technologien und Methoden mit denen Elektronik über den gesamten Lebenszyklus nachhaltiger gestaltet werden kann. Im Mittelpunkt stehen ressourcenschonende Materialien, gedruckte Elektronik (Printed Electronics), energieeffiziente Fertigungsverfahren sowie Konzepte für Wiederverwendung, Reparatur und Recycling.
Nachhaltige Medizintechnik im Fokus des Fraunhofer IZM
Eine zentrale Rolle im Projekt spielen Zuverlässigkeitstestungen und Lebenszyklusanalysen (LCA), die das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikroelektronik IZM durchführt, insbesondere für die Demonstratoren aus der Medizin- und Diagnostiktechnik. Mithilfe wissenschaftlich fundierter Ökobilanzierungen analysieren die Forschenden rund um Fraunhofer IZM-Wissenschaftler David Sánchez den gesamten Lebenszyklus der entwickelten Produkte – von der Rohstoffgewinnung über die Fertigung bis hin zu Nutzung und End-of-Life. So können sie Hot-Spots, also spezifische Prozesse im Produktlebenszyklus, die sehr hohe Umweltauswirkungen haben und dessen Identifizierung eine gezielte Verbesserung erlauben, erkennen. Sie konnten anhand verschiedener LCA, in denen sie sich das Global Warming Potential, die kritische Materialnutzung und Toxizität genauer anschauen, herausfinden, dass die Elektroden fast alleinig für die Umweltauswirkungen von Glukose-Messpflastern verantwortlich waren.
Diese Ergebnisse geben die Wissenschaftler direkt an die Entwicklungspartner zurück, sodass letztere Materialien ersetzen, Herstellungsprozesse anpassen oder Produktdesign verbessern können, noch bevor die Produkte in die nächste Entwicklungsphase übergehen. So konnte der Projektpartner Onalabs einen optischen Sensor in so ein Messpflaster integrieren und so dessen gesamten CO2-Fußabdruck um rund 65 Prozent reduzieren.
Dass nicht nur eingesetzte Technologien, sondern auch die Wahl der Materialien eine wichtige Rolle spielt, konnten sie für intelligente Wundpflaster zeigen: „Allein durch die Verwendung von anderen Substraten und leitfähigen Tinten, wie Thinstar und Kohlenstoff als Ersatz für Silber und den Einsatz von Recyclingmaterialien lassen sich die Umweltwirkungen der flexiblen elektronischen Module im Produkt um bis zu 95 Prozent reduzieren, verglichen mit der Standardmaterialkombination aus PET und Silber“, fasst David Sánchez aus der Umweltabteilung des Fraunhofer IZM zusammen.
Nachhaltigkeit als neuer Standard in der Produktion
Mit SUSTRONICS soll Nachhaltigkeit als fester Bestandteil in der europäischen Elektronikentwicklung etabliert werden. Die im Projekt entwickelten Methoden und Ergebnisse sollen auch über die Demonstratoren hinaus Anwendung finden und stellen eine wichtige Grundlage für Unternehmen dar, die mit ihnen Umweltaspekte systematisch im gesamten Entwicklungsprozess einbeziehen können.
Sánchez fasst zusammen: „Indem wir aussagekräftige Daten zur Ökobilanzierung bereitstellen, leistet das Fraunhofer IZM einen wichtigen Beitrag zur umweltfreundlichen Gestaltung von Elektronikprodukten, und zwar bereits ab der R&D-Phase. SUSTRONICS liefert einen ganzheitlichen Ansatz und kann als Leuchtturmprojekt für nachhaltige Kreislaufwirtschaft dienen – und das für Stakeholder aus der Industrie, Forschung und Politik.“
Das Projekt lief vom 01.06.2023 bis zum 31.05.2026 und wurde im Rahmen des Chips Joint Undertaking (Fördervereinbarung 101112109) unterstützt, einschließlich zusätzlicher Mittel aus den Niederlanden, Österreich, Deutschland, Spanien, Finnland, Frankreich, Lettland, Polen und Schweden. Diese Arbeit wurde außerdem mit 1,71 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und vom Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SERI) finanziell gefördert.
