Besseres Recycling: Forscher entwickeln auflösbares PCB - mit Flüssigmetall und PVA
US-Forscher haben einen neuen Aufbau für Leiterplatten präsentiert, der sich besonders leicht recyclen lassen soll. Dazu wird das PCB aus PVA und einem Flüssigmetall aufgebaut - mit einem 3D-Drucker.
Leiterplatten sind aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Mit Blick auf die Entsorgung stellen sie aber ein Problem dar: Die verlöteten Bauteile enthalten oft zahlreiche seltene Metalle, und die Leiterbahnen aus Kupfer oder Aluminium sind üblicherweise in FR-4 eingebettet - eine Mischung aus Glasfasern und Epoxidharz. Diese lässt sich nur unter hohem Aufwand wieder in ihre Einzelbestandteile zerlegen.
Einfach auflösen
Eine Lösung für dieses Problem haben nun Forscher der University of Maryland, des Georgia Institute of Technology und der University of Notre Dame in Indiana präsentiert. Dort experimentierte ein fünfköpfiges Team mit Leiterplatten aus dem Kunststoff PVA und einer Gallium-Indium-Legierung - einem Flüssigmetall. Mit einem 3D-Drucker lassen sich offenbar aus beiden Stoffen Platinen herstellen, die für gängige THT- und SMD-Bauteile geeignet sind. Diese werden für den "DissolvPCB" genannten Ansatz verklebt statt verlötet. Dadurch entsteht ein leitender Kontakt zum PCB. Gleichzeitig werden so die Öffnungen verschlossen, an denen das Flüssigmetall entweichen oder oxidieren könnte.
Quelle: Zeyu Yan, SuHwan Hong, Josiah Hester, Tingyu Cheng, Huaishu Peng (Arxiv)
Der Schaltplan und das gedruckte PCB. Bei Kontakt mit Wasser löst es sich in seine Einzelteile auf.
Im Gegensatz zu normalen PCBs soll sich der neue Ansatz dabei sehr leicht recyclen lassen. Dazu muss das PCB lediglich in Wasser gelegt werden. Der Kunststoff PVA löst sich darin auf, während die Bauteile und das Flüssigmetall erhalten bleiben. So soll man fast das gesamte Material wieder zurückgewinnen und für weitere Leiterplatten verwenden können.
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Perfekt ist der neue Ansatz allerdings nicht. Das größte Problem ist die Anfälligkeit für Wasser - für viele Endkundengeräte sind DissolvPCB-Platinen damit nicht geeignet. Zudem können filigrane Leiterbahnen durch den 3D-Drucker nur bedingt hergestellt werden. Zumindest die Erstellung der Druckdateien ist aber offenbar recht einfach: Die Forscher haben ein FreeCAD-Plugin entwickelt, um PCB-Dateien aus der Software KiCad automatisch umzuwandeln. Trotzdem sind auflösbare Platinen zumindest vorerst wohl nur für Prototypen geeignet, bei denen man verschiedene PCB-Formen oder einzelne Bauteile ausprobiert. Und auch dort dürften die Möglichkeiten begrenzt sein. Denn an die wohldefinierten Hochfrequenz-Eigenschaften von modernen FR4-PCBs dürften die 3D-gedruckten Platinen kaum heranreichen.
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Quelle: Arxiv via Tom's Hardware
Aktuell liegt die große Schwierigkeit bei Elektroschrott aber wohl eher darin, diesen überhaupt in eine Recyclinganlage zu bekommen. Schon das Sammeln der Geräte funktioniert in Europa eher mäßig, in anderen Teilen der Welt teils überhaupt nicht und ein erheblicher Teil der wenigen Geräte, die gesammelt wurden, landet wohl nicht immer noch auf wilden Müllkippen und offener Verbrennung in der dritten Welt. Diese Praktiken sind ohne Zweifel schwer gesundheits- und auch umweltschädlich. Aber sie gegen dauerhaft in den Boden gespülte, gen Trinkwasser wandernde Kunststoffe und Schwermetalle zu ersetzen, klingt auch nicht sonderlich gut.
Selbst, wenn die Leiterbahnen erstmal viel größer sind, als geätzte Platten.
Mal schauen, was draus wird.
Ich mit meinem gefährlichem Halbwissen kann mir nicht vorstellen, das sie die PCBs so dicht kriegen, dass das funktioniert. Du brauchst ja Kontakte zu allen surface mounted Teilen. Ganz zu schweigen von größeren Kondensatoren oder IC Sockets, die durch die Platte gehen und auf der Unterseite verlötet werden.
Da musst du dich also nicht nur, dank bleifreien Lot, um kaputte Lötstellen kümmern, sondern es kann sein, dass eine Leiterbahn eben doch durch eine Undichtigkeit austrocknet und nicht mehr stimmt.
Wär natürlich blöd: einmal mit dem Schraubendreher abrutschen bedeutet im ersten Moment nix, aber durchs Austrocknen kann es sein, dass sich das Board IRGENDWANN mal komisch benimmt oder den Geist aufgibt.
Klingt sehr herausfordernd, das so umzusetzen.
auflösbares PCB - mit Flüssigmetall und PVA