Elektronik aus Naturstoffen: gedruckt im 3D-Drucker

Hightech und Abfallvermeidung

Ihr Ziel steht klar vor Augen: weniger Elektroschrott. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) drucken Halbleiter und Farbstoffe aus Pflanzenextrakten oder Isolatoren aus Gelatine. In ihrem 3D-Drucker printen sie die Bauteile für Hightech-Gadgets aus kompostierbaren Natur-Rohstoffen. Der Vorteil: Das schrumpft am Ende des Gebrauchs der Elektronik den Abfallberg. Der ist in Deutschland heute immerhin jährlich knapp zwei Millionen Tonnen schwer.

Gerado Hernandez-Sosa leitet die Arbeitsgruppe am ehemaligen Kernforschungszentrum in Karlsruhe – heute KIT. Er ist überzeugt: „Die Materialien sind zwar nicht so langlebig wie die bislang benutzten, anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos.“ Und deren Lebenszyklus schmilzt seit Jahren dramatisch rasant. Daher könnten User die Elektronik, sobald sie dereinst ausgedient habe, einfach in den Biomüll oder auf den Kompost werfen. Sie verrotte dort ganz einfach wie eine Bananenschale.

Eine schöne Vision. Damit sie Realität wird, nutzen die Karlsruher Forscher für ihre Arbeiten nur Stoffe aus der Natur – als Trägerfolien etwa Speisestärke, Zellulose oder Chitin. Auf Metalle und Halbmetalle, wie Silizium, verzichten sie fast komplett. Ihre neue Technologie ermöglicht es daher, etwa Aufkleber mit elektronischer Ampel für Haltbarkeitsdaten etwa von Lebensmitteln oder Arznei oder Pflaster mit eingebauten Sensoren, die den Heilungsprozess überwachen, im industriellen Maßstab herzustellen.

Zunächst drucken die Forscher elektronische Bauteile auf die kompostierbaren Folien. Ihre Funktion hängt von der Tinte ab: Anstelle von Farbpartikeln sind darin leitende, halbleitende oder nichtleitende, also isolierende, Materialien gelöst. Nach dem Auftragen trocknet das Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Elektronik-Bauteil. Ziel der Forscher ist es, biologisch abbaubare Tinten zu entwickeln, die auf das neue Folienmaterial abgestimmt sind und gleichzeitig mit bestehenden Geräten gedruckt werden können.

„Hersteller organischer Elektronik können so auf die umweltfreundlichen Materialien umsteigen, ohne ihr Druckerarsenal auszutauschen“, hofft Hernandez-Sosa. Für die Tinten müssen die Experten aber umweltverträgliche Materialien mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften finden. Erster Fund: Hartgelatine etwa, die auch Medikamente in Kapseln ummantelt, eignet sich zum Isolieren.

Die KIT-Forscher können mit ihren Ideen ein großes Problem lösen helfen: In den kommenden Jahren wird der Elektronik und IT-Markt regelrecht explodieren. Mit dem Internet der Dinge, erwarten Experten, werden mehrere Zig-Milliarden Maschinen und Geräte vom Tablett bis zum Kühlschrank und vom Flugzeug bis zum Herzschrittmacher miteinander vernetzt. Wenn Computer in Kleidung verwoben oder als Chip unter der Haut getragen werden, ist eine möglichst müllfreie Produktion von Elektronik unerlässlich, wenn die Erde nicht unter ausrangierter Altelektronik ersticken will.