Nachhaltige Elektronik in der Medizintechnik: Reduktion der Umweltbelastung um bis zu 65 Prozent
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts SUSTRONICS arbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM gemeinsam mit 45 Partnern aus Industrie und Forschung daran, Elektronikprodukte für den Gesundheitssektor und die Automobilindustrie über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg ressourcenschonender zu gestalten. Die Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz alternativer Materialien, verbesserter Produktdesigns und frühzeitiger Ökobilanzierungen die CO₂-Emissionen und der Ressourcenverbrauch bereits in der Entwicklungsphase signifikant verringert werden können. Das Fraunhofer IZM bringt hierbei seine umfassende Expertise in Lebenszyklusanalysen und Ökobilanzierung insbesondere für nachhaltige Medizin- und Diagnostikelektronik ein.
Herausforderungen und Ziele im Kontext des European Green Deal
Elektronische Geräte sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken, jedoch steigen der Verbrauch kritischer Rohstoffe und der Energiebedarf bei ihrer Herstellung kontinuierlich an. Die Europäische Kommission verfolgt mit dem European Green Deal das Ziel, bis 2050 ein klimaneutrales Europa mit einer wettbewerbsfähigen Wirtschaft zu schaffen. Dies erfordert neue Ansätze, die Nachhaltigkeit nicht erst am Ende des Produktlebenszyklus, sondern bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigen.
Innovative Ansätze im Projekt SUSTRONICS
Das Konsortium aus 11 europäischen Ländern entwickelt im Projekt SUSTRONICS Technologien und Methoden, um Elektronikprodukte über den gesamten Lebenszyklus nachhaltiger zu gestalten. Schwerpunkte liegen auf:
- ressourcenschonenden Materialien,
- gedruckter Elektronik (Printed Electronics),
- energieeffizienten Fertigungsverfahren,
- und Konzepten für Wiederverwendung, Reparatur sowie Recycling.
Die entwickelten Technologien werden in zehn Demonstratoren aus verschiedenen Anwendungsbereichen getestet, darunter medizinische Diagnostiksysteme wie EEG-Geräte, intelligente Wundauflagen und tragbare Sensoren.
Lebenszyklusanalysen und Zuverlässigkeitstests im Fokus
Eine wesentliche Rolle übernimmt das Fraunhofer IZM bei der Durchführung von Zuverlässigkeitstests und Lebenszyklusanalysen (LCA), insbesondere für medizinische und diagnostische Demonstratoren. Mithilfe fundierter Ökobilanzierungen wird der gesamte Produktlebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung über die Fertigung bis zur Nutzung und Entsorgung – analysiert. Dadurch lassen sich sogenannte Hot-Spots identifizieren, also Prozessschritte mit besonders hohen Umweltauswirkungen, die gezielt optimiert werden können.
Beispielsweise zeigte sich bei der Analyse von Glukose-Messpflastern, dass die Elektroden nahezu allein für die Umweltbelastung verantwortlich sind. Diese Erkenntnisse wurden unmittelbar an die Entwicklungspartner zurückgespielt, wodurch Materialien ersetzt, Herstellungsprozesse angepasst und das Produktdesign optimiert werden konnten. So gelang es dem Projektpartner Onalabs, durch die Integration eines optischen Sensors den CO₂-Fußabdruck eines Messpflasters um etwa 65 Prozent zu reduzieren.
Materialwahl als entscheidender Faktor
Die Bedeutung der Materialauswahl wurde ebenfalls bei intelligenten Wundpflastern verdeutlicht: Durch die Verwendung alternativer Substrate und leitfähiger Tinten, beispielsweise Thinstar und Kohlenstoff als Ersatz für Silber, sowie den Einsatz von Recyclingmaterialien konnten die Umweltwirkungen der flexiblen elektronischen Module um bis zu 95 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Kombinationen aus PET und Silber verringert werden. Diese Ergebnisse stammen aus Untersuchungen von David Sánchez und seinem Team am Fraunhofer IZM.
Nachhaltigkeit als integraler Bestandteil der Elektronikentwicklung
Das Projekt SUSTRONICS verfolgt das Ziel, Nachhaltigkeit als festen Bestandteil in der europäischen Elektronikentwicklung zu etablieren. Die entwickelten Methoden und Erkenntnisse sollen über die Demonstratoren hinaus Anwendung finden und Unternehmen dabei unterstützen, Umweltaspekte systematisch in den gesamten Entwicklungsprozess zu integrieren.
David Sánchez betont: „Durch die Bereitstellung aussagekräftiger Ökobilanzdaten trägt das Fraunhofer IZM maßgeblich zur umweltfreundlichen Gestaltung von Elektronikprodukten bereits in der Forschungs- und Entwicklungsphase bei. SUSTRONICS bietet einen ganzheitlichen Ansatz und kann als Vorbildprojekt für nachhaltige Kreislaufwirtschaft in Industrie, Forschung und Politik dienen.“
Projektlaufzeit und Förderung
Das Projekt lief vom 1. Juni 2023 bis zum 31. Mai 2026 und wurde im Rahmen des Chips Joint Undertaking (Fördervereinbarung 101112109) unterstützt. Zusätzlich flossen Mittel aus den Niederlanden, Österreich, Deutschland, Spanien, Finnland, Frankreich, Lettland, Polen und Schweden ein. Die Finanzierung erfolgte unter anderem durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) sowie das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SERI) mit einem Gesamtvolumen von 1,71 Millionen Euro.
Projektpartner
- Philips Electronics Nederland B.V.
- Philips Consumer Lifestyle B.V.
- Philips Medical Systems Nederland B.V.
- Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
- Signify Netherlands B.V.
- Mirec B.V.
- Avantium Renewable Polymers BV
- Infineon Technologies Austria AG
- CBMed GmbH
- Medizinische Universität Graz
- SteadySense GmbH
- Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas
- Onalabs Inno-Hub SL
- Sigma Cognition SL
- Universitat Rovira i Virgili
- 4E Antenna Finland Oy
- Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy
- Tampereen Korkeakoulusaatio SR
- Canatu Oy
- UPM Raflatac Oy
- Movesense Oy
- Tervakoski Oy
- Upc Konsultointi Oy
- Screentec Oy
- Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives
- Symbiose
- Faurecia Interieur Industrie
- Elektronikas un Datorzinatnu Instituts
- Politechnika Gdanska
- PIEP Associação Polo de Inovação em Engenharia de Polímeros
- Plux – Wireless Biosignals S.A.
- RISE Research Institutes of Sweden AB
- Beneli AB
- SW Learning Well SE AB
- Göteborgs Universitet
- Essity Hygiene and Health AB
- CSEM Centre Suisse d’électronique et de Microtechnique SA – Recherche et Développement
- Swiss Vault Systems GmbH
- Inpher SARL
- Würth – Elektronik GmbH & Co. KG
- eesy-innovation GmbH
- accensors GmbH
- BSN medical GmbH
- Vulpés Electronics GmbH
- Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
- Technische Universität Hamburg
Kontakt für wissenschaftliche Anfragen
David Sánchez
Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 30 46403-7965
E-Mail: david.sanchez@izm.fraunhofer.de
