Zrównoważony rozwój a produkcja elektroniki

Rosnąca cyfryzacja sektora przemysłowego oraz niesłabnące zapotrzebowania na usługi cyfrowe powodują ciągły wzrost popytu na układy oraz urządzenia elektroniczne. Przewiduje się, że globalne zapotrzebowanie na tego typu produkty ulegnie podwojeniu do 2050 roku, co oznacza roczny wzrost na poziomie około 6,5%. Jedynie około 20% elektroodpadów podlega przetworzeniu oraz recyklingowi we właściwy sposób. Tak niski poziom recyklingu oraz plany dalszego dynamicznego rozwoju znacząco kolidują z podejmowaną już z niemal powszechnym konsensusem walką o zahamowanie globalnego ocieplenia oraz osiągnięcie neutralności klimatycznej. Unia Europejska zamierza osiągnąć całkowitą neutralność klimatyczną do roku 2050 – w planie realizacji tego celu Komisja Europejska wskazała przemysł elektroniczny oraz IT jako jedne z kluczowych obszarów.

Nieunikniona wydaje się konieczność znalezienia równowagi pomiędzy dalszym rozwojem branży elektronicznej, troską o środowisko naturalne, dostępnością surowców oraz ochroną społeczności przed zalewem elektroodpadów. Migracja branży w stronę zrównoważonego rozwoju opierać się będzie zapewne na następujących aspektach:

• ekodesign;
• zrównoważony dobór surowców produkcyjnych;
• upowszechnienie materiałów biodegradowalnych;
• wprowadzenie bardziej energo- oraz materiałooszczędnych procesów produkcyjnych;
• powszechny recykling surowców oraz komponentów.

Ekodesign

Troska o środowisko powinna przyświecać konstruktorom już na etapie projektowania produktu oraz tworzenia jego specyfikacji technicznej. Do podstawowych zasad ekodesignu zaliczyć można energooszczędność, materiałooszczędność, długi czas życia produktu oraz łatwość jego modyfikacji i ulepszania, a także korzystanie z surowców nadających się do recyklingu. Produkt powinien być zaprojektowany w sposób modułowy, aby poszczególne wchodzące w jego skład komponenty mogły zostać wykorzystane ponownie w ramach recyklingu. Jednym z dokumentów normatywnych w tym zakresie jest dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie ekoprojektu, określająca szczegółowe minimalne wymagania w zakresie efektywności energetycznej, mające na celu zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko naturalne w całym cyklu życia produktu.

Jednym ze sposobów na realizację zrównoważonej produkcji w duchu zero- waste może być wykorzystanie surowców oraz komponentów pochodzących z recyklingu. Pozwala to również częściowo uniezależnić się od zawirowań na światowym rynku surowców, szczególnie dotkliwie zauważalnych w ostatnich czasach.

Zrównoważony dobór surowców produkcyjnych

Od wielu lat podkreśla się, że branża elektroniczna musi przestawić się na korzystanie z surowców pochodzących z odnawialnych źródeł. Jednym z przykładów tego typu podejścia jest korzystanie z materiałów celulozowych, takich jak papier oraz nanoceluloza. Włókna nanocelulozowe mogą potencjalnie zastąpić laminat FR4 oraz materiały poliestrowe w produkcji PCB. Charakteryzują się wysoką elastycznością oraz odpornością na rozciąganie, są przy tym całkowicie biodegradowalne.

Nowe rodzaje materiałów biodegradowalnych

Przemysł elektroniczny potrzebuje wprowadzenia na szerszą skalę bioplastików, czyli tworzyw sztucznych pochodzenia naturalnego. Materiały tego typu podlegają całkowitemu rozkładowi w środowisku naturalnym, emitując w wyniku tego procesu jedynie wodę oraz tlenek węgla. Bioplastiki szczególnie dobrze nadają się do wytwarzania urządzeń elektronicznych jednorazowego użytku (jak np. różnego rodzaju testy diagnostyczne) oraz czujników rozmieszczanych w trudno dostępnym terenie. Biodegradowalność jest też niezwykle pożądaną cechą w układach elektronicznych umieszczanych w opakowaniach typu smart, wykorzystywanych m.in. do przechowywania żywności. Czujniki dołączane do takich opakowań monitorują temperaturę podczas transportu, dbając o to, by przed dostarczeniem produktu odbiorcy nie został przerwany łańcuch chłodniczy. Biodegradowalność tego typu układów znacząco upraszcza recykling całego rozwiązania. Obszar potencjalnych zastosowań oraz zapotrzebowanie na bioplastiki wciąż rośnie – tego typu materiały są znacznie bardziej odporne na działanie wilgoci niż substancje celulozowe, większy jest zatem również potencjał ich wykorzystania.

Energo- oraz materiałooszczędność w produkcji elektroniki

Wiele procesów oraz rozwiązań wykorzystywanych w tradycyjnym podejściu do produkcji elektroniki opiera się na odrzucaniu części surowca w trakcie wytwarzania produktu. Z drugiej strony, nowe technologie oparte na druku oraz innych zabiegach R2R (Roll-To-Roll) polegają na dodawaniu kolejnych warstw materiału w procesie wytwarzania, w ilości oraz w miejscu, w którym jest on wymagany. Redukuje to poziom odpadów oraz marnotrawstwa surowca produkcyjnego.

Recykling

Przy obecnym stanie technologii nie jest możliwe zastąpienie wszystkich materiałów oraz surowców ich biodegradowalnymi odpowiednikami. Dla osiągnięcia zrównoważonej produkcji kluczowe jest zatem wprowadzenie efektywnych mechanizmów recyklingu. Przykładowo, każdego roku na rynek dostarcza się ok. 1,5 mld nowych egzemplarzy telefonów komórkowych. Stare modele bardzo często lądują w szufl adach biurek lub na wysypiskach odpadów, co oznacza, że materiały oraz komponenty użyte do ich produkcji zostają bezpowrotnie utracone. Nie ulega wątpliwości, że znacznie korzystniejsze byłoby ich ponowne wykorzystanie.

Podsumowanie

Zrównoważony oraz przyjazny dla środowiska proces produkcyjny świetnie wpisuje się w filozofię Lean manufacturing, której jednym z celów jest eliminacja marnotrawstwa zasobów produkcyjnych. Wprowadzenie tego podejścia w średniej oraz długiej perspektywie pozwoli na istotne ograniczenie kosztów oraz usprawnienie procesu wytwarzania. To zaś przyniesie korzyści zarówno dla środowiska naturalnego, jak i dla producentów oraz użytkowników.

Damian Tomaszewski