Elektronik ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch so sehr sie unser Leben erleichtert \u2013 ihre Produktion ist energieintensiv, verbraucht wertvolle Ressourcen und erzeugt gro\u00dfe Mengen problematischer Abf\u00e4lle. Laut Studien stammen beispielsweise bei einem Apple-PC rund 74\u202fProzent der CO\u2082-Emissionen allein aus der Herstellung. Schon seit 2016 \u00fcbertreffen Chiphersteller die Automobilindustrie bei den Treibhausgasemissionen – mit steigender Tendenz. Die Ursache liegt im Kern der Technologie: Siliziumwafer und deren energieaufw\u00e4ndige Verarbeitung.<\/p>\n
\u201eIm EU-gef\u00f6rderten Projekt GreenOMorph gehen wir einen anderen Weg. Ziel ist die Entwicklung neuartiger, umweltfreundlicher elektronischer Bauteile auf Basis organischer Materialien \u2013 organische Elektronik – und die Abkehr von der Maxime \u201aPerformance um jeden Preis\u2018\u201c, erl\u00e4utert Herbert Gold, Senior Researcher bei MATERIALS, dem Institut f\u00fcr Sensorik, Photonik und Fertigungstechnologien. Er besch\u00e4ftigt sich schon seit 20 Jahren mit nachhaltigen Elektronikl\u00f6sungen und verfolgt konsequent die Vision, seinen Beitrag zu einer digitalen Gesellschaft in einer lebenswerten Umwelt und einem industriell autonomen Europa zu leisten.<\/p>\n
Zu diesem Thema gab es eine EU-Ausschreibung \u201eResponsible Electronics\u201c, der zufolge in einer digitalen Gesellschaft in Europa der Einsatz von Energie substanziell reduziert und zwei Materialprobleme gel\u00f6st werden m\u00fcssen: \u201eErstens sollen Stoffe, die sich in keinerlei Kreislauf einbinden lassen und sich bis hin in unsere Gehirne verteilen, nicht in unseren Produkten sein. Diese per- und polyfluorinierte Alkyl-Substanzen oder PFAS wollen wir auf jeden Fall vermeiden. Und zweitens sollen kritische Rohstoffe, die Europa in geopolitische Abh\u00e4ngigkeiten bringen, ausgeschlossen werden. Wir konnten in der sehr kompetitiven Ausschreibung mit unseren Ans\u00e4tzen \u00fcberzeugen und bekamen eine Zusage f\u00fcr das Projekt GreenOMorph.\u201c<\/p>\n
\u201eWir suchen in dem Projekt nach Durchbr\u00fcchen im gesamten Lebenszyklus des Produkts und setzen auf biobasierte Materialien sowie auf additive Fertigungsverfahren\u201c, erkl\u00e4rt Gold. Der Vorteil organischer Elektronik liegt nicht nur in ihrer Flexibilit\u00e4t und geringem Gewicht, sondern vor allem in der umweltschonenden Herstellung. Die eingesetzten Materialien vermeiden kritische oder toxische Substanzen vollst\u00e4ndig: Statt Silizium kommt etwa PET als Substrat zum Einsatz, statt Aluminium werden Edelmetalle wie Gold und Silber verwendet. Die Transistoren ben\u00f6tigen weder fluorierte Chemikalien noch halogenierte L\u00f6sungsmittel. Auch auf die problematischen \u201eForever Chemicals\u201c (PFAS) wird g\u00e4nzlich verzichtet. Der Energiebedarf der Herstellung sinkt \u2013 pro Funktion \u2013 um zwei Drittel, der Stromverbrauch der Bauteile selbst kann im Einsatz um den Faktor 1.000 reduziert werden. M\u00f6glich wird das durch das neuromorphe Prinzip: Verarbeitung und Speicherung von Signalen erfolgen direkt im Bauteil, ohne den \u201eDatenverkehr\u201c klassischer von-Neumann-Architekturen[1]<\/a>.<\/p>\n Der Nachteil: Organische Elektronik kommt an die Leistungsf\u00e4higkeit g\u00e4ngiger Halbleitersysteme nicht heran. \u201eMan muss sich die Frage stellen, ob der Einsatz von Hochleistungschips tats\u00e4chlich immer notwendig ist,\u201c so der Physiker. \u201eF\u00fcr klassische IoT-Anwendungen w\u00fcrde der Einsatz organischer Elektronik mit geringerer Performance v\u00f6llig gen\u00fcgen. Aus unserer Sicht wird in der Halbleiterindustrie der tats\u00e4chliche Performance-Bedarf zu wenig ber\u00fccksichtigt\u201c, so Gold weiter.<\/p>\n Auch bei der Fertigung setzt GreenOMorph auf nachhaltige Prozesse. Es wird nicht mehr ge\u00e4tzt oder fotolithografiert. Stattdessen werden Funktionen durch Drucken, Pr\u00e4gen oder \u201eBlade Coating\u201c, also additive Methoden, erzeugt. \u201eTrotz des geringen Materialeinsatzes in unserer additiven D\u00fcnnschichttechnologie werden die Metalle zu 99 Prozent recycelt und die Substrate zur Wiederverwendung aufbereitet. Der sogenannte E-Faktor \u2013 eine Kennzahl f\u00fcr die Umweltbelastung in der Chemieproduktion \u2013 ist um das Zehnfache niedriger als bei Silizium\u201c, zeigt sich Gold erfreut \u00fcber die Ressourceneinsparungen.<\/p>\n \u201eWir wollen mit dem Projekt GreenOMorph zeigen, dass Nachhaltigkeit und Elektronik kein Widerspruch sind. Mit dem richtigen Design, den passenden Materialien und innovativen Herstellungsverfahren kann Europa die Elektronikindustrie nicht nur \u00f6kologischer, sondern auch unabh\u00e4ngiger gestalten \u2013 und damit einen Beitrag zu einer digitalen Gesellschaft in einer bewohnbaren Welt leisten\u201c, res\u00fcmiert Herbert Gold.<\/p>\n [1]<\/strong><\/em><\/a> Zur Erkl\u00e4rung: Die neuromorphe Informatik beruht auf der Einheit von Speicherung und Verarbeitung von Signalen in ein und demselben Bauteil, wie das in lebenden Organismen der Fall ist. Gegensatz dazu ist die Neumann\u2018schen Informatik, wo Speicherung und Verarbeitung getrennt sind und damit viel Verkehr erzeugen. Unsere Computer leisten viel, brauchen aber immer mehr Energie. In lebendigen Organismen leisten Gehirne (auch Muskeln und Nerven) Gro\u00dfartiges mit unglaublich wenig Energie, wie unser Gehirn mit einigen 10 Watt. <\/em><\/p>\n <\/p>\n GreenOMorph<\/strong> wird \u00fcber viereinhalb Jahre mit vier Millionen Euro von der EU gef\u00f6rdert. Beteiligt sind sechs Partnerinstitutionen aus \u00d6sterreich, Italien, Frankreich, den Niederlanden und Finnland. Insgesamt werden 33 Personenjahre aufgewendet. Koordiniert wird es vom Institut MATERIALS<\/a> der JOANNEUM RESEARCH, wesentlich beteiligt ist auch das Institut LIFE<\/a>.<\/p>\nNachhaltige Fertigung von Elektronik<\/h2>\n
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