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Abbaubare Elektronik gegen den Elektroschrott

Die Welt erstickt im Elektroschrott: Knapp 55 Millionen Tonnen Elektroschrott fallen jährlich durch Handys, Sensoren und andere Alltagselektronik an. Recycelt wird nur ein Bruchteil davon – es ist zu umständlich, zu teuer und oft schwer machbar. Doch inzwischen gibt es einige Ideen, wie man Elektronik umweltfreundlicher machen könnte. Eine davon: Man konstruiert Geräte, die nach Ende ihrer Nutzungszeit fast von selbst zerfallen. Wir erklären, wie das funktionieren kann.

Symbolbild Elektronikschrott
Weltweit fallen alljährlich sagenhafte 55 Millionen Tonnen Elektroschrott durch Handys, Sensoren und andere Alltagselektronik an.

Unser Handy ist eine wahre Goldgrube – im wahrsten Sinne des Wortes. Denn in gängigen Smartphones stecken immer rund 90 Milligramm Silber und 36 Milligramm Gold. Dazu kommen weitere Metalle wie Eisen, Wolfram, Molybdän, Kobalt und wertvolle Seltenerdmetalle wie Neodym und Praseodym. Ein Handy enthält damit 100-mal mehr Gold und zehnmal mehr Wolfram als die Erze, die im Bergbau als hochgradig gelten.

Das Problem des Recycelns

Das Problem jedoch: Wenn wir das Handy ausmustern, landen diese wertvollen Rohstoffe größtenteils im Müll. Sie werden auf Deponien gelagert oder sogar ins Ausland verschifft und dort unter Freisetzung vieler Giftstoffe ausgeweidet und verbrannt. Recycelt wird bislang nur ein kleiner Teil der ausgedienten Elektrogeräte. Denn die Bauteile und Rohmaterialien sind meist so eng ineinander und miteinander verbunden, dass die Trennung kaum möglich oder sehr aufwendig ist. Sie wiederzugewinnen, erfordert viel Energie und meist giftige Lösungsmittel.

Aber es geht auch anders, wie inzwischen einige Prototypen sich selbst auflösender Elektronik belegen. Wissenschaftler haben einige Bauteile und Geräte entwickelt, die zwar während ihrer Nutzung halten, aber danach durch Hitze, Wasser oder einfach den Kompost zerfallen.

Platine zerfällt bei Hitze

Ein Beispiel für diese Selbstzerstörungs-Elektronik haben Forscher um Scott White von der University of Illinois entwickelt. Dazu druckten sie zunächst Schaltkreise aus Magnesium auf sehr dünne und flexible Folien eines speziellen Kunststoffs. Die so erhaltenen Platinen beschichteten sie mit einem Wachs, das mikroskopisch kleine Tröpfchen einer schwachen Säure enthält. Schmilzt das Wachs, so wird die Säure frei und lässt in kurzer Zeit sowohl den Kunststoff als auch die Schaltkreise zerfallen.

Möchte man die Platine in ihre Bestandteile zerlegen, genügt es, das alte Handy oder die Smartwatch einfach kurz zu erhitzen, nach wenigen Minuten zerfällt es dann. Mit einer ins Gerät eingebauten funkgesteuerten Heizspule lässt sich diese Selbstzerstörung sogar ferngesteuert auslösen. Der Nachteil allerdings: Würde man ei solches Handy zu lange in der Sonne liegen lassen, wäre es hin.

Smartwatch-Zustände
Bei normalem Gebrauch hält die Smartwatch Schweiß oder ein paar Wassertropfen problemlos stand. Wird sie aber in Wasser getaucht, zerfällt sie in kurzer Zeit.

Eine wasserlösliche Smartwatch

Etwas sicherer ist da schon eine von chinesischen Forscher um Jianmeng Li von der Tianjin Universität erdachte Recycling-Lösung. Sie haben Schaltkreise entwickelt, die sich in Wasser auflösen. Aus diesen Bauteilen und einigen weiteren konstruierten sie eine Smartwatch, die alle gängigen Funktionen abdeckt, den Alltagsbelastungen standhält und trotzdem einfach zu entsorgen ist: Legt man sie in Wasser, zerfällt sie nach weniger als 40 Stunden von selbst.

Die Schaltkreise und das Gehäuse lösen sich dabei komplett auf, andere Bauteile wie zusätzliche Sensoren oder einige aus Nanosilber gefertigte Leitungen bleiben lose im Wasser liegen. „Die übrigbleibenden Komponenten können einfach aus dem Wasser genommen und für eine künftige Wiedernutzung recycelt werden“, so das Team. Möglich wird dies, weil das Gehäuse der Uhr und die Trägerstrukturen der Elektronikbauteile aus einem wasserlöslichen Polymer bestehen, die Leiterbahnen sind aus Zink-Nanopartikeln und Silber-Nanodraht.

Diese Bauteile und auch das Uhrengehäuse halten normalen Alltagsbedingungen stand – selbst starkes Schwitzen beim Joggen macht der Smartwatch nichts aus. Taucht man sie aber ganz ins Wasser, beginnt ein chemischer Abbauprozess, bei dem sich ein großer Teil des Geräts komplett löst, der Rest liegt lose im Wasser herum und kann einfach herausgenommen und recycelt werden. Noch sind zwar nicht alle Bauteile der Uhr löslich, Li und sein Team hoffen aber, dass ihre Arbeit den Anstoß zur Entwicklung weiterer sich selbst auflösender Elektronik-Komponenten gibt.

Kompostierbare Batterie (vor und nach dem Zerfall)
Nach zwei Monaten im Erdreich hat sich der Kondensator aufgelöst, nur wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel bleiben zurück. Links im Bild ein unkompostiertes Vergleichsexemplar.

Eine kompostierbare Batterie

Auch bei der Stromversorgung für Handy und Co gibt es inzwischen abbaubare Lösungen. Forscher um Xavier Aeby von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa haben eine Art Öko-Batterie entwickelt, die kompostierbar ist. Dieser Stromspeicher besteht nur aus biologische abbaubaren Materialien wie Zellulose-Nanofasern und Zellulose-Nanokristallite, Kochsalz, Glycerin und Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle. Sie werden mittels 3D-Druck so kombiniert, dass ein Superkondensator entsteht – ein Stromspeicher, der Energie in Form von Ladungsverschiebungen in seinem Inneren speichern kann.

Wenn man diese Batterie nicht mehr braucht, kann man sie in den Kompost werfen oder einfach in der Natur zurücklassen. Nach zwei Monaten auf dem Boden der Kondensator in seine Bestandteile zerfallen, nur ein paar Kohlepartikel bleiben von ihm übrig, wie Tests belegen. Damit besteht der neue Mini-Kondensator nicht nur aus nachwachsenden Rohstoffen, sondern kann auch umweltfreundlich entsorgt werden.

Noch steht die Entwicklung solcher sich selbst auflösender oder abbaubarer Elektronik erst am Anfang. Aber wenn diese ersten Beispiele sich bewähren und Schule machen, könnte dies ein Weg sein, um das Elektroschrott-Problem langfristig zu lösen.

NPO, 12.08.2021
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