Nanozellulose als Trägermaterial 01.06.2015, 08:55 Uhr

Umweltfreundlicher Computerchip aus Holz ist recycelbar

US-Forscher aus Wisconsin haben einen Computerchip aus Nanozellulose entwickelt. Er ist eine biologisch abbaubare Alternative zu gängigen Chips, die zu über 90 Prozent aus nicht-ökologischem Trägermaterial bestehen. Die Herstellung ist allerdings noch zu teuer.

Biologisch abbaubarer Computerchip: Aus auf Nanoebene zerkleinertem Holz entsteht CNF – ein transparentes und flexibles Trägermaterial.

Biologisch abbaubarer Computerchip: Aus auf Nanoebene zerkleinertem Holz entsteht CNF – ein transparentes und flexibles Trägermaterial.

Foto: Yei Hwan Jung/Wisconsin Nano Engineering Device Laboratory

Ob sie nun in Smartphones oder Laptops eingesetzt werden: Computerchips bestehen zu einem Großteil aus Trägermaterial, auf das die leitenden Metalle und Halbmetalle aufgeklebt werden. Bislang ist dieses Trägermaterial meist ein Kunststoff auf Ölbasis, der nicht biologisch abbaubar ist.

Um die Halbleiterindustrie mit ihrer rasanten Produktionsgeschwindigkeit umweltfreundlicher zu gestalten, haben Forscher nun eine ökologische Alternative vorgestellt. In der Fachzeitschrift Nature Communications erläutern die Wissenschaftler aus dem US-Bundesstaat Wisconsin ihre Idee, für das Trägermaterial Cellulose Nanofibril einzusetzen – ein Werkstoff, der unter der Abkürzung CNF bekannt ist und letztendlich nichts anderes ist als Papier in modifizierter Form. Holz wird dabei in noch feinere Fasern zerlegt als solche, die für die Papierproduktion verwendet werden. Aus dem auf Nanoebene zerkleinerten Holz wird schließlich CNF gefertigt – transparent, flexibel und zu 100 Prozent biologisch abbaubar. 

Anfängliches Problem: Holz nimmt Feuchtigkeit auf

Da CNF die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiters mit sich bringt, sahen die Forscher eine wichtige Grundvoraussetzung für den Einsatz in Chips gegeben. Mit Hindernissen hatten die Wissenschaftler aber dennoch zu kämpfen: Holz nimmt Feuchtigkeit auf, mit einer Formveränderung des biologischen Trägermaterials wäre also schnell zu rechnen. Um ein ungewolltes Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, tüftelten die Forscher eine ganze Weile, fanden dann schließlich eine dünne Schicht Kunstharz als ideale abdichtende Lösung.

Männer arbeiten in Ghana auf einer Müllhalde aus Elektroschrott. Weltweit entstehen jährlich 50 Millionen Tonnen Elektromüll. Ein Computerchip aus Holz könnte diesen Zuständen entgegenwirken.

Männer arbeiten in Ghana auf einer Müllhalde aus Elektroschrott. Weltweit entstehen jährlich 50 Millionen Tonnen Elektromüll. Ein Computerchip aus Holz könnte diesen Zuständen entgegenwirken.

Foto: Kay Nietfeld/dpa

Teamleiter und IT-Ingenieur Zhengiang Ma erläutert das ungleiche Mengenverhältnis von Trägermaterial und dem eigentlichen Chip so: „Den deutlich größten Anteil eines Chips nimmt Trägermaterial ein. Für alles andere werden nur wenige Mikrometer beansprucht.“ Durch das Ersetzen ölbasierten Trägermaterials durch CNF – auch als Nanozellulose bezeichnet – müssten Chips nicht mehr aufwendig entsorgt werden. „Die Chips sind nun so sicher, dass man sie auch einfach in den Wald werfen und den Pilzen überlassen könnte. Sie werden so sicher wie natürliches Düngemittel.“ 

Holzchips noch zu teuer

Yei Hwan Jung, Co-Autor der Studie, sagt, dass es wohl Zeit brauche, bis die Industrie CNF als Trägermaterial für Chips akzeptieren werde. Der Grund dafür liegt im Preis: Zwar ist die Herstellung von CNF bereits jetzt günstig, durch die großen Stückzahlen unterbieten die bislang gängigen, nicht-umweltfreundlichen Lösungen die Nanozellulose preislich aber dennoch. 

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