Geprinte elektronica biedt talloze nieuwe mogelijkheden, maar stelt ons ook voor uitdagingen op het gebied van duurzaamheid. TNO ontwikkelt samen met partners technologieën om geprinte elektronica te repareren, recyclen en uiteindelijk toe te passen in circulaire productieketens.
Nieuwe toepassingen
Elektronische circuits zijn al lang niet meer beperkt tot harde printplaten. Steeds vaker worden circuits met een zilver- of koperinkt geprint op dunne, flexibele materialen.
Dit biedt allerlei voordelen, zoals comfort en gebruiksgemak in wearables – apparaatjes die je meedraagt, bijvoorbeeld voor medische toepassingen. Daarnaast kun je geprinte elektronica perfect integreren in allerlei toepassingen, denk aan een modern autodashboard waarin alle knoppen, displays en verlichting naadloos zijn weggewerkt. Dit geeft ongekende ontwerpvrijheid.
Duurzame lichtsnoeren
De integratie van elektronica met kunststoffen maakt recycling echter complex. De circuits en het plastic zijn dusdanig versmolten dat scheiden niet meer mogelijk is. Aan het einde van hun levenscyclus rest daarom de shredder of de verbrandingsoven. Dat leidt tot CO₂-uitstoot en verlies van kostbare grondstoffen. Volgens schattingen zal het wereldwijde elektronische afval toenemen tot 74,7 miljoen ton in 2030 en 110 miljoen ton in 2050 als we niets doen. ‘Daarom is dít het moment om met een duurzame oplossing te komen voor geprinte elektronica,’ zegt TNO-onderzoeker Stephan Harkema. Om die oplossing dichterbij te brengen, werkt het Holst Centre – een samenwerking tussen TNO en het Belgische imec – samen met industriële partners aan nieuwe technologieën. Zo ontwikkelden onderzoekers een duurzame en flexibele variant van een verlichtingsarmatuur van lichtproducent Signify, in het kader van het Europese Ecotron-project, dat elektronische apparaten wil verduurzamen.
‘We maakten het snoer van gerecycled PET-plastic en printten de circuits met teruggewonnen koper. Daartussen stopten we een zogenoemde ‘ablatielaag’ die verdampt bij blootstelling aan een sterke lichtpuls. Zo zijn alle materialen achteraf eenvoudig te scheiden en te recyclen. Qua CO₂-reductie en circulaire productie zetten we daarmee enorme stappen.’
In-Mold Electronics
Ook sloeg Holst Centre de handen ineen met het Finse TactoTek, toonaangevend binnen de ontwikkeling van geprinte elektronica voor de auto-industrie. In het Unicorn-project testten de onderzoekers een hittegevoelige coating voor zogenoemde In-Mold Electronics (IME), elektronica die tijdens een spuitgietproces volledig wordt verpakt in kunststof. Denk bijvoorbeeld aan de verlichting en bedieningselementen in een autodashboard of deurpaneel. ‘Normaal zijn die elementen achteraf niet meer te scheiden, maar met onze coating kun je de elektronica en het plastic na gerichte verhitting van elkaar loshalen. In testen hebben we laten zien dat op die manier recycling mogelijk is. Bovendien kunnen IME-onderdelen voor het eerst worden gerepareerd, zoals getoond in het EU-project CIRC-UITS.’ Dat is beter voor het milieu dan defecte onderdelen integraal vervangen en weggooien, wat nu nog vaak gebeurt.
Toekomstige toepassingen
Het is geen toeval dat de auto-industrie interesse heeft in deze technologie: dankzij wetgeving is deze sector gebonden aan duurzaamheidsdoelstellingen. De lessen uit het Unicorn-project worden daarom de komende jaren in nieuwe projecten verder uitgewerkt. ‘Maar bijvoorbeeld in de witgoedsector is het lastiger om stappen te zetten. De marges zijn klein, daar wordt puur op prijs geconcurreerd,’ zegt Harkema. Daarom is zijn hoop gevestigd op het beprijzen van CO₂-uitstoot door de industrie. ‘Dat is het duwtje dat veel elektronicaproducenten nodig hebben om in te zetten op verduurzaming en recycling.’ De projecten Unicorn en Ecotron hebben laten zien welke milieuwinst er te behalen valt als het gaat om geprinte elektronica. ‘Wat op kleine schaal werkt, gaan we straks – hopelijk – in het groot doen.’