Bio-Computermaus: Empa entwickelt nahezu kompostierbare Lignocellulose-PCBs und Gehäuse aus Holzfasern

Leiterplatten (PCBs), das obligatorische Herz nahezu jedes Elektronikprodukts, stellen am Ende ihrer Lebensdauer ein gravierendes Recyclingproblem dar. Dies liegt am gängigen Trägermaterial, einem Laminat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz. Dieser Verbundwerkstoff auf Erdölbasis erfordert zur Entsorgung aufwendige pyrolytische Prozesse, was eine Wiederverwertung faktisch ausschließt.

Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) arbeiten an einer praktikablen und nachhaltigen Alternative. Sie haben im Rahmen des EU-Forschungsprojekts HyPELignum ein Trägermaterial auf Basis von Lignocellulose entwickelt, das laut Empa die mechanischen Eigenschaften konventioneller Leiterplatten annähernd erreicht. Zudem demonstrieren sie die Anwendung in einer kompletten, kompostierbaren Computermaus.

Lignocellulose als PCB-Substrat

Der zentrale Ansatzpunkt ist die Substitution des Trägermaterials.Die Lignocellulose ist eine natürliche Mischung aus Cellulose und Lignin, die als Abfallprodukt der Holzverarbeitung anfällt und bisher kaum verwertet wurde.Zur Herstellung der Bio-Leiterplatte wird das flockige Ausgangsmaterial zunächst mit Wasser zu feinen Cellulose-Fibrillen gemahlen. Anschließend erfolgt die Hornifizierung: Die Masse wird unter hohem Druck entwässert und verdichtet. Das Lignin wirkt dabei als natürliches Bindemittel. Die resultierende Platte auf Lignocellulose-Basis soll mechanisch nahezu so widerstandsfähig sein wie ein herkömmliches Epoxidharz-Laminat. Sie ist jedoch im Gegensatz dazu vollständig biologisch abbaubar.

Die Demonstration

Komplette Bio-ComputermausDie Machbarkeit des Konzepts demonstrieren die Forschenden nicht nur durch die Platine, sondern mittels einer vollständig funktionierenden Computermaus. Bei diesem Demonstrator besteht nicht nur die Platine selbst aus Lignocellulose, sondern auch das Gehäuse wurde aus einem 3D-gedruckten bioabbaubaren Kunststoff-Holzfaser-Gemisch gefertigt.

Die Leiterbahnen wurden in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner PROFACTOR GmbH aufgebracht und mit Komponenten bestückt. Am Ende der Produktlebensdauer kann das gesamte Gerät unter geeigneten Bedingungen kompostiert werden. Nachdem das Trägermaterial zersetzt wurde, lassen sich die verbleibenden aktiven metallischen und elektronischen Komponenten aus dem Kompost entnehmen und dem Recycling zuführen. Weitere Tests umfassen bereits RFID-Karten.

Kritische Balance: Haltbarkeit vs. Abbau

Trotz der vielversprechenden Eigenschaften weist das biomaterialbasierte Substrat eine signifikante Empfindlichkeit gegenüber Wasser und hoher Luftfeuchtigkeit auf. Dieses Merkmal stellt ein potenzielles Zuverlässigkeitsrisiko im Alltagsbetrieb dar.Die Empa-Forscher betonen allerdings, dass eine gewisse Wasserlöslichkeit für die Bioabbaubarkeit zwingend notwendig ist, da die Zersetzung durch Mikroorganismen ohne Wasser nicht erfolgen kann. Hier liegt die zukünftige Herausforderung: Die Resistenz des Materials muss optimiert werden, ohne die essenzielle Kompostierbarkeit zu kompromittieren.

Die Forschung stellt generell einen philosophischen Wandel dar.

„Viele elektronische Geräte sind nur wenige Jahre in Gebrauch, bevor sie veralten – es ist daher nicht unbedingt sinnvoll, sie aus Materialien herzustellen, die Hunderte von Jahren überdauern können“,

argumentiert Geiger laut Empa. Dieser Ansatz untermauert die Relevanz kurzlebiger, kompostierbarer Hardware.

Ausblick

Das EU-Projekt HyPELignum läuft bis September 2026 und strebt einen ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung einer funktionalen, CO₂-neutralen Elektronik an. Nach der weiteren Optimierung der Platinen-Resistenz sollen der Technologietransfer und die breitere Verwertung des Lignocellulose-Werkstoffs in der Industrie vorangetrieben werden. Die erfolgreiche Skalierung dieses Konzepts könnte einen wesentlichen Beitrag zur E-Waste-Reduktion leisten.