Schwerpunkte

Forschung für nachhaltige Elektronik

Kompostierbare Displays

09. Dezember 2020, 14:00 Uhr   |  Markus Haller

Kompostierbare Displays
© petrmalinak | Shutterstock.com

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht u.a. an grüner Elektronik.

Das Karlsruher Institut für Technologie entwickelt kompostierbare Displays. Die Bioabbaubarkeit wurde von unabhängiger Seite bestätigt.

Das Display besteht überwiegend aus organischen Ausgansmaterialien und wird im Tintenstrahl-Druckverfahren gefertigt, das auf industrielle Herstellungsprozesse angepasst werden kann. Mit der Neuentwicklung von kompostierbaren Displays wollen die Forscher einen Weg bahnen, um die kurzen Innovationszyklen in der Elektronik umweltverträglich zu machen. »Mit unserer Entwicklung konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass es möglich ist, nachhaltige Displays aus überwiegend natürlichen Materialien mithilfe industriell relevanter Fertigungsmethoden herzustellen. Sie tragen nach Gebrauch daher nicht zum Elektroschrott bei, sondern können im Gegenteil kompostiert werden. Dies könnte in Kombination mit Recycling und Wiederverwendbarkeit dazu beitragen, einige der Umweltauswirkungen von Elektroschrott zu minimieren oder ganz zu verhindern«, sagt Manuel Pietsch, Forscher am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT am InnovationLab in Heidelberg. Er ist außerdem Erstautor der Publikation über die kompostierbaren Displays im Journal of Materials Chemistry.

Für die Anwendung auf der Haut wird das Display mit Gelantine vergossen.
© KIT

Bild 1. Für die Anwendung auf der Haut wird das Display mit Gelantine vergossen.

Elektrochrome Displays

Für die Entwicklung haben sich die Forscher für elektrochrome Displays entschieden. Durch Spannungsänderung an organischem Material ändert sich die Lichtdurchlässigkeit, was zur Darstellung von verschiedenen Farben genutzt wird. Diese Display-Typen benötigen weniger Leistung, haben einen einfacheren Aufbau als LCD- oder E-Paper-Displays und können im Tintenstrahl-Druckverfahren hergestellt werden. Die entwickelten Displays eignen sich nicht für aufwendige Grafikdarstellungen, sondern sind als vergleichsweise einfache Anzeigesysteme für Buchstaben und Zahlen ausgelegt. Die verwendeten Materialien sind hauptsächlich organischen Ursprungs oder biokompatibel. Durch die Versiegelung mit Gelatine wird das Display adhäsiv und anpassungsfähig, sodass es direkt am auf der Haut getragen werden kann.

Kurze Lebensdauer reicht für Einmalanwendungen

Laut dem KIT ist das Display nur für kurzlebige Anwendungen geeignet. Im Blick sind vor allem medizinische Anwendungen mit hohen Hygienestandards. Im Klinikalltag werden Sensor und Anzeigegerät entweder gereinigt oder meist entsorgt. Kompostierbare Displays sollen für solche Anwendungen als Einmal-Anzeige genutzt werden. Das digitale Druckverfahren ermöglicht eine individuelle Anpassung an Personen oder komplizierte Formen, ohne aufwendige Maschinenumrüstung. Ein weiterer Anwendungsfall sind Anzeigen für qualitätsüberwachende Sensoren auf Einmalverpackungen von Lebensmitteln. Nach gegenwärtigen Hygienestandards dürfen Verpackungen in der Lebensmittelindustrie häufig nicht wiederverwendet werden.

Bioabbaubarkeit nach ISO 14855

Die Bioabbaubarkeit nach ISO 14855 ist bei 70 % gegeben. Das Display erreicht nach 9 Wochen den Plateauwert von knapp 80 %. Als Vergleich wurde im Bioreaktor eine Referenz aus Mikrozellulose beobachtet.
© Pietsch et al.

Bild 2. Die Bioabbaubarkeit nach ISO 14855 ist bei 70 % gegeben. Das Display erreicht nach 9 Wochen den Plateauwert von knapp 80 %. Als Vergleich wurde im Bioreaktor eine Referenz aus Mikrozellulose beobachtet.

Die biologische Abbaubarkeit des Displays wurde von unabhängiger Stelle geprüft. In der Publikation im Journal of Materials Chemistry wird als ausführende Stelle das Prüf- und Zertifizierungsinstitut ISEGA genannt. Geprüft wurde gemäß ISO 14855. Das Display wird dazu in einem Bioreaktor beobachtet und mit einer Referenz aus Mikrozellulose verglichen. Die Abbaubarkeit, ausgedrückt in Prozent, kann anhand des freigesetzten CO2 ermittelt werden. Als Bild 2 zeigt, dass nach 9 Wochen rund 80 % Abbauraten erreicht wurden. Als Testkriterium ist ein Mindestwert von 70 % vorgeschrieben.

Originalpublikation:

Biodegradable inkjet-printed electrochromic display for sustainable short-lifecycle electronics. Journal of Materials Chemistry, DOI: 10.1039/d0tc04627b

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