Στο έργο SUSTRONICS, αισθητήρες και διαγνωστικά επιθέματα δείχνουν πώς τα εναλλακτικά υλικά και οι αναλύσεις LCA μειώνουν τις εκπομπές και τη χρήση πόρων.

Ένας αισθητήρας ενσωματωμένος σε ένα έμπλαστρο παρακολούθησης γλυκόζης μπορεί να μειώσει τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα κατά περίπου 65% αποτύπωμα άνθρακα της συσκευής. Στην περίπτωση εύκαμπτων ηλεκτρονικών μονάδων που προορίζονται για έξυπνα επιθέματα, η επιλογή διαφορετικών υποστρωμάτων και αγώγιμων μελανιών μπορεί αντ' αυτού να μειωθεί έως και 95% περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε σύγκριση με τον συμβατικό συνδυασμό PET και αργύρου. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν στο ευρωπαϊκό πρόγραμμα ΣΟΥΣΤΡΟΝΙΚΑ Δείχνουν πόσο μεγάλο αντίκτυπο μπορεί να έχει μια φαινομενικά περιορισμένη απόφαση, που λαμβάνεται όταν ένα προϊόν βρίσκεται ακόμα στο γραφείο των σχεδιαστών.

Ακριβώς αυτή η προσμονή είναι το κεντρικό σημείο του έργου που επιτελεί το Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMΑντί να παρεμβαίνουν απλώς στην ανακύκλωση ήδη σχεδιασμένου εξοπλισμού, οι ερευνητές εφάρμοσαν τοανάλυση κύκλου ζωήςή Αξιολόγηση Κύκλου Ζωής (LCA), κατά τη φάση έρευνας και ανάπτυξης. Οι πρώτες ύλες, η κατασκευή, η χρήση και το τέλος του κύκλου ζωής αξιολογούνται έτσι προτού ορισμένες τεχνολογικές επιλογές καταστούν δύσκολες ή δαπανηρές στην αλλαγή.

Η προσέγγιση αυτή αντιμετωπίζει ένα αυξανόμενο πρόβλημα για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών: οι ολοένα και περισσότερες και πιο εξελιγμένες συσκευές απαιτούν ενέργεια, υλικά και συχνά κρίσιμες πρώτες ύλες, ενώ η μετάβαση σε μια πιο κυκλική οικονομία απαιτεί την εξέταση της δυνατότητας επισκευής, της επαναχρησιμοποίησης και της ανάκτησης. Η SUSTRONICS έχει αντιμετωπίσει αυτό το ζήτημα συνδυάζοντας 45 ερευνητικοί και βιομηχανικοί εταίροι σε έντεκα ευρωπαϊκές χώρες, υπό τον συντονισμό Philips Nederland BV, με εφαρμογές που περιλαμβάνουν ηλεκτρονικά είδη υγειονομικής περίθαλψης, διαγνωστικά και αυτοκινητοβιομηχανία.

Η ανάλυση ΑΚΖ προσδιορίζει από πού προέρχονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Μια αποτελεσματική περιβαλλοντική αξιολόγηση δεν συνίσταται απλώς στην ανάθεση μιας συνολικής τιμής εκπομπών σε μια συσκευή. Για να είναι χρήσιμη στους σχεδιαστές, πρέπει να προσδιορίζει την περιβαλλοντικά θερμά σημεία, δηλαδή, τα εξαρτήματα, τα υλικά ή οι διαδικασίες που ευθύνονται για ένα ιδιαίτερα υψηλό μερίδιο των επιπτώσεων καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής. Σε αυτά τα σημεία μια αλλαγή σχεδιασμού μπορεί να έχει τον μεγαλύτερο αντίκτυπο.

Η ομάδα Fraunhofer IZM ηγήθηκε των αναλύσεων από Ντέιβιντ Σαντσέζ εξέτασε τους διαδηλωτές λαμβάνοντας υπόψη δείκτες όπως Δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη, η χρήση κρίσιμων υλικών και η τοξικότητα. Σε έμπλαστρα μέτρησης γλυκόζης διαπιστώθηκε ότι η ηλεκτροδίτης Συγκέντρωσαν σχεδόν εξ ολοκλήρου τις ανιχνευμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Αυτό είναι σημαντικό επειδή αλλάζει το ερώτημα που τίθεται στους μηχανικούς: δεν είναι απαραίτητα απαραίτητο να επανασχεδιαστεί ολόκληρη η συσκευή εάν το κύριο πρόβλημα μπορεί να αντιμετωπιστεί με την αντιμετώπιση ενός σαφώς προσδιορισμένου εξαρτήματος.

Οι πληροφορίες που ελήφθησαν μέσω των LCA μεταφέρθηκαν στη συνέχεια στους συνεργάτες ανάπτυξης. Τα υλικά, οι διαδικασίες κατασκευής και η αρχιτεκτονική του προϊόντος μπορούσαν να τροποποιηθούν πριν από τη μετάβαση στην επόμενη φάση. Onalabs, ένας από τους συμμετέχοντες στο πρόγραμμα, ενσωμάτωσε έναν οπτικό αισθητήρα στο έμπλαστρο μέτρησης, επιτυγχάνοντας, σύμφωνα με τις αξιολογήσεις που διεξήχθησαν στο πλαίσιο του έργου, μείωση περίπου 65% του συνολικού αποτυπώματος CO₂.

Η μεθοδολογία εισάγει έτσι μια μορφή περιβαλλοντικής ανατροφοδότησης στον κανονικό κύκλο της έρευνα και ανάπτυξηΟ οικολογικός σχεδιασμός δεν αντιμετωπίζεται ως τελική δοκιμή, αλλά ως παράμετρος σχεδιασμού παράλληλα με την απόδοση, την αξιοπιστία, το κόστος και την κατασκευασιμότητα. Το πιθανό όφελος είναι ιδιαίτερα εμφανές στην ιατρική ηλεκτρονική, όπου η τροποποίηση ενός προϊόντος σε προχωρημένο στάδιο μπορεί να γίνει περίπλοκη, ειδικά λόγω των απαιτήσεων επικύρωσης και αξιοπιστίας.

Τα υποστρώματα και τα μελάνια αλλάζουν την ισορροπία των επιθεμάτων

Η περίπτωση του έξυπνα επιθέματα τραυμάτων Αυτό δείχνει ακόμη πιο ξεκάθαρα πώς το υλικό μπορεί να καθορίσει το αποτύπωμα μιας εύκαμπτης ηλεκτρονικής μονάδας. Αυτές οι συσκευές πρέπει να συνδυάζουν λειτουργίες ανίχνευσης και ηλεκτρονικά εξαρτήματα με λεπτά, ελαφριά και προσαρμοσμένα στο σώμα υποστρώματα. Το μικρό φυσικό τους μέγεθος δεν συνεπάγεται απαραίτητα εξίσου μικρή επίδραση: τα αγώγιμα υλικά και οι διαδικασίες κατασκευής μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στον συνολικό προϋπολογισμό.

Οι αξιολογήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της SUSTRONICS συνέκριναν την τυπική διαμόρφωση με βάση PET και ασήμι με διαφορετικούς συνδυασμούς. Χρησιμοποιώντας εναλλακτικά υποστρώματα, αγώγιμα μελάνια όπως άνθρακα αντί για ασήμι και ανακυκλωμένα υλικά, η επίδραση των εύκαμπτων ηλεκτρονικών μονάδων μπορεί να μειωθεί, υπό τις συνθήκες που αναλύθηκαν, έως και 95 τοις εκατό.

«Απλώς χρησιμοποιώντας διαφορετικά αγώγιμα υποστρώματα και μελάνια, όπως το Thinstar και τον άνθρακα αντί για ασήμι, και χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα υλικά, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των εύκαμπτων ηλεκτρονικών μονάδων στο προϊόν μπορούν να μειωθούν έως και 95% σε σύγκριση με τον τυπικό συνδυασμό PET και ασημιού».

εξήγησε Ντέιβιντ Σάντσες Φερνάντεζ del Fraunhofer IZM.

Αυτά τα δεδομένα δεν σημαίνουν ότι κάθε ηλεκτρονική συσκευή μπορεί να επιτύχει αυτόματα αυτό το επίπεδο μείωσης. Το αποτέλεσμα αφορά τις συγκρινόμενες διαμορφώσεις και εξαρτάται από τα υλικά, την αρχιτεκτονική και τα όρια που χρησιμοποιούνται στην αξιολόγηση. Ωστόσο, καταδεικνύει γιατί η ΑΚΖ μπορεί να γίνει ένα εργαλείο λήψης αποφάσεων: επιτρέπει τη σύγκριση τεχνικών εναλλακτικών λύσεων πριν από την παραγωγή και αποτρέπει την ενσωμάτωση της επιλογής ενός εξαρτήματος με υψηλό αντίκτυπο στο προϊόν λόγω αδράνειας σχεδιασμού.

Η αρχή επεκτείνεται σε βιωσιμότητα ηλεκτρονικά με την ευρύτερη έννοια. Η SUSTRONICS έχει εργαστεί σε υλικά που καταναλώνουν λιγότερους πόρους, Ηλεκτρονικά τυπωμένα, πιο ενεργειακά αποδοτικές διαδικασίες παραγωγής και στρατηγικές επαναχρησιμοποίησης, επισκευής και ανακύκλωσης. Ο τεχνικός στόχος είναι να ληφθούν ταυτόχρονα υπόψη η παραγωγή και το τέλος του κύκλου ζωής, αποτρέποντας την απλή μεταφορά των επιπτώσεών της σε μια άλλη βελτίωσης που επιτυγχάνεται σε μια άλλη φάση.

Η βιωσιμότητα εισέρχεται στον σχεδιασμό ηλεκτρονικών ειδών

Το ζήτημα αποκτά βιομηχανική διάσταση, επειδή τα ευρωπαϊκά ηλεκτρονικά πρέπει ταυτόχρονα να αντιμετωπίζουν τις ανάγκες απόδοσης, τη διαθεσιμότητα πρώτων υλών και τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.Ευρωπαϊκή Ένωση Έχει θέσει τον στόχο της κλιματικής ουδετερότητας έως το 2050 ως μέρος της Πράσινης Συμφωνίας, ενώ η κυκλική οικονομία απαιτεί επίσης δράση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα αγαθά και τα εξαρτήματα σχεδιάζονται, κατασκευάζονται, χρησιμοποιούνται και ανακτώνται.

Η SUSTRONICS προσπαθεί να φέρει αυτή τη λογική στην ηλεκτρονική μηχανική μέσω ενός συνδυασμού οικολογικός σχεδιασμός, νέα υλικά, κατασκευή και ποσοτικές αξιολογήσειςΑυτό είναι ένα σημαντικό βήμα, επειδή μέρος της μελλοντικής επίδρασης μιας συσκευής καθορίζεται πολύ πριν εισέλθει στο εργοστάσιο: η επιλογή μετάλλου, υποστρώματος, τεχνολογίας διασύνδεσης ή αρχιτεκτονικής σπάνια είναι ουδέτερη ως προς τους πόρους.

Η παρουσία ιατρικών συσκευών επίδειξης επιτρέπει επίσης τη δοκιμή της προσέγγισης σε έναν τομέα όπου η μείωση των επιπτώσεων δεν μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την κύρια λειτουργία της συσκευής. Ένα διαγνωστικό έμπλαστρο ή ένα σύστημα παρακολούθησης τραυμάτων πρέπει να συνεχίσει να παρέχει την αναμενόμενη απόδοση. Για τον λόγο αυτό, ενσωματώθηκαν στο έργο και περιβαλλοντικές αναλύσεις. δοκιμή αξιοπιστίας, ένας άλλος τομέας εξειδίκευσης του Fraunhofer IZM.

Η σχέση μεταξύ ανθεκτικότητας και βιωσιμότητας είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ένα υλικό με χαμηλότερο αρχικό αποτύπωμα δεν είναι απαραίτητα η καλύτερη εναλλακτική λύση εάν μειώνει την αξιοπιστία σε σημείο αύξησης των αντικαταστάσεων και των αποβλήτων. Η προσέγγιση του κύκλου ζωής εξυπηρετεί ακριβώς την αποφυγή αξιολογήσεων που περιορίζονται σε μία μόνο φάση, λαμβάνοντας υπόψη αντ' αυτού το πλήρες φάσμα των συνεπειών που σχετίζονται με τις επιλογές σχεδιασμού.

«Παρέχοντας ουσιαστικά δεδομένα για την αξιολόγηση του κύκλου ζωής, το Fraunhofer IZM συμβάλλει στον οικολογικό σχεδιασμό ηλεκτρονικών προϊόντων που βρίσκονται ήδη στη φάση της έρευνας και ανάπτυξης».

τελικά συνόψισε, Ντέιβιντ Σάντσες.

Από επιδείξεις σε μια μέθοδο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τη βιομηχανία

Τα SUSTRONICS έλαβαν χώρα από 1 Ιουνίου 2023 έως 31 Μαΐου 2026Η ολοκλήρωση των πειραματικών δραστηριοτήτων μετατοπίζει τώρα την προσοχή στην εφαρμογή των αναπτυγμένων μεθόδων πέρα ​​από τους μεμονωμένους επιδεικτές. Η βιομηχανική αξία της εμπειρίας θα εξαρτηθεί από τη δυνατότητα ενσωμάτωσης της ΑΚΖ, της επιλογής υλικών και των κριτηρίων κυκλικότητας στις τυπικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη νέων ηλεκτρονικών προϊόντων.

Η κοινοπραξία περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα ενδιαφερομένων: κατασκευαστές ηλεκτρονικών ειδών, ιατρικές εταιρείες, πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα και ειδικούς υλικών. Οι συμμετέχοντες περιλαμβάνουν: Philips, TNO, Signify, Infineon Technologies Austria, Medizinische Universität Graz, VTT, Tampere University, Canatu, UPM Raflatac, CEA, Faurecia, RISE, Göteborgs Universitet, Essity, CSEM, Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Αμβούργου και Fraunhofer IZM. Αυτή η σύνθεση επιτρέπει τη σύγκριση της μεθόδου με διαφορετικές ανάγκες και εφαρμογές παραγωγής, αντί να περιορίζεται σε μία μόνο τεχνολογία.

Το πρόγραμμα υποστηρίχθηκε στο πλαίσιο του Κοινή Επιχείρηση Chips, με τη συμφωνία επιχορήγησης 101112109 και πρόσθετη χρηματοδότηση από ευρωπαϊκές χώρες. Το έργο έλαβε επίσης 1,71 εκατομμύρια ευρώ από το γερμανικό Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt και από την ελβετική κρατική γραμματεία για την εκπαίδευση, την έρευνα και την καινοτομία, SERIΗ συμμετοχή οργανισμών του Ελβετία επεκτείνει το πεδίο εφαρμογής του προγράμματος πέρα ​​από τα κράτη μέλη της ΕΕ.

Το ερώτημα που άφησε ανοιχτό το έργο δεν αφορά επομένως μόνο την τεχνική δυνατότητα κατασκευής ενός επιθέματος με διαφορετικό υλικό. Οι επιδεικτές δείχνουν ότι οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις μπορούν να μετρηθούν αρκετά νωρίς ώστε να επηρεάσουν μια μηχανική απόφασηΑυτό μετατρέπει την ΑΚΖ από μια λειτουργία αναφοράς σε ένα εργαλείο σχεδιασμού.

Για τα ιατρικά ηλεκτρονικά η διαφορά είναι σημαντική. Μειώσεις σε 65% του αποτυπώματος άνθρακα σε μία συσκευή και έως 95% των περιβαλλοντικών επιπτώσεων Τα αποτελέσματα συγκεκριμένων ενοτήτων καταδεικνύουν τον πιθανό αντίκτυπο της επιλογής αισθητήρων, υποστρωμάτων και αγώγιμων υλικών. Αυτά δεν είναι ποσοστά που μπορούν να εφαρμοστούν αυτόματα σε κάθε προϊόν, αλλά μάλλον μελέτες περιπτώσεων που μας επιτρέπουν να εντοπίσουμε πού πρέπει να παρέμβουμε.

Η επόμενη δοκιμή θα είναι η επαλήθευση του βαθμού στον οποίο αυτά τα κριτήρια μπορούν να ενσωματωθούν σε συνήθεις βιομηχανικές διαδικασίες χωρίς να διακυβεύεται η αξιοπιστία, η απόδοση και η οικονομική βιωσιμότητα. Εάν η περιβαλλοντική ανάλυση πραγματοποιηθεί ενώ τα υλικά και οι αρχιτεκτονικές μπορούν ακόμη να τροποποιηθούν, το κόστος των προσαρμογών σχεδιασμού μπορεί να αντιμετωπιστεί πριν οι αλυσίδες παραγωγής και εφοδιασμού αυστηροποιήσουν τους κανόνες. Αυτό είναι το βήμα που προσφέρει η SUSTRONICS στη βιομηχανία: μετρήστε τον αντίκτυπο κατά τον σχεδιασμό του προϊόντος, όχι μόνο όταν έχει ήδη γίνει ηλεκτρονικό απόβλητο.

Ακολουθούν τρεις πληροφορίες που μπορεί να σας ενδιαφέρουν:

Κυκλώματα από ανανεώσιμες πρώτες ύλες για «πράσινα» ηλεκτρονικά
Υπάρχει ένας «κατάσκοπος» στην κοιλιά, και είναι ένα έμπλαστρο με λειτουργίες αισθητήρα
Πρωτοβουλία για την αειφόρο πολιτική προϊόντων: νέα υλικά και πολιτικές της ΕΕ