Elektronica ontwerpen voor een circulaire economie

Vanuit het Perspectief-programma van de NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek) wordt met het onderzoeksproject Circular Circuits een volledig circulaire generatie elektronica ontwikkeld. Het onderzoek richt op onder andere op het ontwerpen van circulaire elektronica voor recycling. Dit artikel presenteert de eerste resultaten.

Door: Dorien van Dolderen, promovendus Industrial Design, en Jan-Henk Welink, Materials Science and Technology, Mechanical Engineering, beide Technische Universiteit Delft

De productie van elektronica heeft momenteel metalen nodig die steeds schaarser worden voor de EU, wat geopolitieke consequenties met zich meebrengt. In de praktijk kan dit leiden tot grote problemen in de toeleveringsketen. Storten of verbranden van AEEA’s (afgedankte elektrische of elektronische apparaten) is zeer belastend voor het milieu. Door elektronica te ontwerpen die geschikt zijn voor een circulaire economie, kunnen deze problemen tegelijk worden aangepakt.

Voor een circulair productontwerp zijn er allerlei inspanningen gedaan op het gebied van strategieën zoals hergebruik en reparatie. Toch komt er onvermijdelijk een moment waarop producten gerecycled moeten worden. Voor het onderzoeksproject Circular Circuits is literatuur onderzocht over richtlijnen en methoden voor ontwerpen voor recycling van elektronica, met de nadruk op hun doeltreffendheid en effectiviteit. De studie leidde tot 16 artikelen (1993-2023) waarin methoden, hulpmiddelen, richtlijnen of kaders werden voorgesteld, gericht op productontwerpers met als doel het ontwerp van elektronica te verbeteren voor betere recyclebaarheid.

De literatuurstudie liet zien dat verschillende methoden uitsluitend te vinden zijn in wetenschappelijke literatuur. Zeven bronnen waren alleen toegankelijk met een financiële vergoeding. Dit vormt een belemmering voor de ontwerpers voor wie deze methoden juist bedoeld zijn. Een sterke aanwezigheid in wetenschappelijke literatuur is essentieel, omdat deze een platform biedt voor peer-review, een wetenschappelijke basis legt voor methoden, en verder onderzoek naar Design for Recycling (DfR) mogelijk maakt. Tegelijk is publicatie in meer toegankelijke ‘grijze’ handleidingen van groot belang om ontwerpers effectief te bereiken. De richtlijnen voor circulair ontwerpen van Berwald et al  en Feenstra en Wolters zijn hier een goed voorbeeld van. Ze zijn zowel gepubliceerd in een peer-reviewed tijdschrift als in een praktische gids die is afgestemd op ontwerpers.

De artikelen kwamen uit 18 bronnen waarvan de helft peer-reviewed was. Dit wijst op een beperkte ontwikkeling op dit gebied sinds 1993. Veel van de gepresenteerde methoden en richtlijnen bleken ontoereikend in relatie tot gangbare recycling- en ontwerppraktijken, ze waren bovendien niet gevalideerd door middel van recyclingtests en werden zelden getest in de ontwerppraktijk.   

De literatuurstudie toonde aan dat er dringend behoefte is aan een onderbouwde en gevalideerde ontwerpmethode die effectieve recycling mogelijk maakt, helpt om de milieu-impact van elektronica te verminderen, is afgestemd op de ontwerppraktijk, en aansluit bij gangbare recyclingprocessen. Binnen Circular Circuits wordt hieraan gewerkt. In onderzoek werd gekeken naar de keuzen die een ontwerper kan maken tussen mogelijkheden om een product te demonteren voor reparatie, refurbishment en remanufacturing, en een product beter recyclebaar te maken, en dat allemaal binnen de huidige recyclingpraktijk.

Bij het recyclen worden AEEA’s eerst geshredderd; het loskomen van de verbindingen bepaalt deels de verdere scheidingseffectiviteit. Wanneer deeltjes van verschillende materialen na het shredderen nog aan elkaar vastzitten, ontstaat vermenging die de kwaliteit van het gerecyclede materiaal vermindert. Voor het onderzoek zijn vier smart-tv modellen, een straatlantaarn en een kantoorarmatuur geshredderd. Het onderzoek liet zien dat verbindingen voor een gemakkelijke demontage de ‘vormverbindingen’ (bv. een klikverbinding), ‘kracht verbindingen (bv. een schroef of klinknagel)  en omkeerbare ‘vorm- en kracht verbindingen (bv. een “fold lock”) zijn. Bij het shredderen breken over het algemeen ‘vormverbindingen’ vrij goed in tegenstelling tot ‘materiaalverbindingen’ zoals lijm, soldeer en coatings. Voor ‘vorm- en krachtverbindingen’ was het gedrag van de verbindingen minder voorspelbaar.