Consumentenelektronica heeft de wereld veel technologische revoluties opgeleverd, maar smartphones, pc’s en laptops zorgen ook voor bergen afval. TNO ontwikkelde een techniek waarbij schakelingen op printplaten van deze elektronica niet langer geëtst maar met speciale inkt geprint worden op ultradunne folie. De inkt is terugwinbaar, de folie kan gerecycled worden.
TNO
Volgens een rapport van de Verenigde Naties uit 2019 produceren we jaarlijks meer dan vijftig miljoen ton e-waste, oftewel elektronisch afval, waarvan we hooguit twintig procent recyclen. Een groot deel daarvan bestaat uit lastig te hergebruiken printed circuit boards, de printplaatjes waarop de elektronische verbindingen gesoldeerd zijn, met daarop koper, soldeermateriaal en chemicaliën.
Geleidende inkt
De startup TracXon, voortgekomen uit TNO’s Holst Centre, werkt aan een alternatief. ‘We printen de schakelingen direct op flexibele kunststoffolie, in de vorm van inkten die elektriciteit geleiden of juist isolerend zijn of andere elektronische eigenschappen hebben’, zegt Ton van Mol, directeur van het Holst Centre. Daarna worden de elektronische onderdelen, van minuscule ledjes tot chips met tientallen aansluitingen, geplaatst en vastgelijmd. ‘Op den duur maakt dit het mogelijk om over te stappen naar volledig recyclebare elektronica’, zegt Van Mol, ‘maar de schaalvoordelen van traditionele productie van de printplaten hebben we nog niet. Daar willen we stapsgewijs naar toewerken.’
Niche-producten
‘Wij vertalen dit naar een industriële technologie’, zegt Ashok Sridhar, voorheen TNO Holst Centre, maar nu CEO van TracXon, de spinoff-die TNO in 2022 oprichtte. Printbare elektronica is een technologie waar Holst Centre al jaren onderzoek naar doet. Maar om de beruchte valley of death, het lastige niemandsland tussen veelbelovend onderzoeksresultaat en schaalbare markttoepassing over te steken, besloot TNO zelf de stap te zetten. Sridhar: ‘Als je dit wilt opschalen, moet je eerst beginnen met niche-producten die gebruik maken van de unieke eigenschappen van geprinte elektronica, bijvoorbeeld dat het flexibel en dun is.’ Momenteel draait TracXon acht betaalde pilotprojecten voor klanten, zegt hij, waarvan er twee al eind dit jaar naar productie op middelgrote schaal gaan: tienduizenden stuks. Een voorbeeld is een geavanceerde Internet of Things (IoT) tag voor gebruik in de logistiek van medicijnen, vertelt Sridhar. ‘Die kunnen temperatuur en bewegingen bijhouden en die via een antenne doorgeven.’ Een ander pilot-project is een opplakbare sensor die mensen in ontwikkelingslanden met een hoog risico op tbc of malaria kunnen dragen. Sridhar: ‘Sensoren op de chip kunnen ziekteverwekkers in de adem detecteren, en via de elektronica doorgeven dat iemand besmet is.’ Grootschalige productie is een sleutel tot succes. ‘De elektronica wordt nu nog blad voor blad geprint, zoals in de printer die bij je thuis staat’, zegt Sridhar. Samen met TNO werkt TracXon aan het opzetten van roll-to-roll-productie. ‘Zoals kranten gedrukt worden.’ Dan gaat het om vele vierkante meters en honderden schakelingen per minuut.
Minder vervuilend
Toepassingen zijn bijvoorbeeld doorzichtige schermen met leds voor informatievoorziening op ramen of zonnedaken in auto’s, maar op den duur ook elektronica die niet expliciet gebruik maakt van de flexibiliteit, transparantie en vervormbaarheid van elektronica op folie. Nu al is de techniek duurzamer dan de huidige elektronica. ‘Volgens een onderzoek van de VU Amsterdam gebruiken we al vier tot twaalf keer minder chemicaliën, bijna geen water, en ook in koolstofvoetafdruk scoort geprinte elektronica veel beter’, zegt Van Mol. Dat zal nog verbeteren als op den duur volledige herbruikbaarheid in zicht komt, waarbij de geleidende inkt weer opgelost wordt, de elektronische componenten losgemaakt en het folie gerecycled. Van Mol: ‘Uiteindelijk is honderd procent herbruikbaarheid mogelijk.’