EO

Duurzaam design for recycling

03 juli 2018 om 15:22 uur

In het Nederlandse E-waste Centrum in Apeldoorn, een van de sorteerpartners van Weee Nederland, worden afvalstromen gesorteerd die gerecycled gaan worden.

Op de vraag hoe biomedische microsystemen te recyclen, valt professor Ruud Balkenende verwonderd stil. Microsystemen in het lichaam zijn alles behalve science fiction, maar een antwoord heeft hij - voorlopig - niet. Over zaken zoals recyclen, repareren, opknappen of hergebruiken van (embedded) elektronica, en de herkomst van grondstoffen spreekt de professor echter honderduit.

 

Door Ron Broeders

 

Zelfrijdende elektrische auto's en vrachtwagens, elektronica in kleding, slimme gebouwen, energienetwerken en steden, interactief speelgoed, het Internet of Things is geen toekomstmuziek meer. Hoewel hergebruik, reparatie of recycling van embedded elektronica nog in de kinderschoenen staat, identificeert TU Delft professor circulair productontwerp Ruud Balkenende, ex-werknemer van Philips, twee uitdagingen.

 

Ten eerste zullen slimme toepassingen elektronica ‘verdunnen'. "Gewone apparaten concentreren alle onderdelen op een printplaat. Dit maakt recycling economisch interessant. Innovaties als 3D-printers bevestigen elektronica op enorme oppervlakten. Deze verspreiding maakt recycling kostbaar, waardoor herwinbare materialen verloren gaan" waarschuwt hij. "Verder mogen sensoren en elektronica niet opvallen in slimme toepassingen. Technieken als verlijming integreren elektronica met andere materialen als plastics. Het gevolg is esthetisch fraaie, slimme ontwerpen met funeste gevolgen voor de effectieve terugwinning van schaarse metalen," doceert Balkenende. "Dit insluiten van elektronica bemoeilijkt tevens de reparatie en het hergebruik van ‘embedded' elektronica."

 

Opvattingen die Mark Wanders, director operations bij Weee Nederland, deelt. In opdracht van Nederlandse elektronica producenten en importeurs voert Weee de Europese richtlijn Afgedankte Elektrische en Elektronische Apparaten uit. Volgens Wanders zijn onder andere vast ingebouwde lithiumbatterijen een probleem, omdat zij verwerking bemoeilijken. Afvalstromen worden handmatig of per shredder gescheiden. Vast ingebouwde of verlijmde batterijen zijn moeilijk fatsoenlijk handmatig te verwijderen. Batterijen in een shredder verwerken is levensgevaarlijk omdat ze daar ontploffen.

 

"Hergebruikers zijn aanpakkers. Ongeacht het apparaat wordt er wel een oplossing verzonnen," vertelt Wanders. "Het feit dat de recyclingindustrie het zo goed doet, ontslaat ontwerpers niet van hun verantwoordelijkheden. Embedded elektronica die verlijmd is met het product, is nauwelijks te scheiden en recyclen. De behaalde recyclingpercentages bij dit soort producten zijn beduidend lager." Schroefbare apparaten leveren volgens Wanders de meest zuivere afvalstromen op en dus een hogere recyclingopbrengst. Een wens die haaks staat op de huidige elektronica trends.

2Professor Balkenende laat zien dat alle verbindingen in een Fairphone met een standaardschroef vastzitten. De componenten zijn daardoor makkelijk te vervangen, maar ook te scheiden en dus te recyclen. 

 

Design for recycling

Uit cijfers van Weee, blijkt dat Nederland in 2016 nét voldeed aan de Europese richtlijn om 45% van op de markt gebrachte elektrische apparaten te recyclen. Het volume nieuwe apparaten was dat jaar ruim 371 miljoen kilo, terwijl bijna 155 miljoen werd gerecycled. Vanaf 2019 stijgen de cijfers naar 65%. Wanders geeft wel aan dat het inzamelpercentages betreft, geen recyclingpercentages.

 

Vanaf augustus 2018 moet namelijk 85% van grote en 75% van kleine apparaten na inzameling en verwerking nuttig worden toegepast. Respectievelijk 80% en 55% moet worden hergebruikt en gerecycled. "Deze percentages zijn ambitieus," zegt Wanders "helemaal wat betreft slimme systemen." De vraag is overigens of embedded elektronica te definiëren is als apparatuur. "De verantwoordelijke beleidsmakers hebben deze discussie nog niet gevoerd," aldus Wanders. Hierop anticiperend ziet hij toegevoegde waarde in overleg tussen ontwerpers en recyclepartijen. "Design for recycling is voor veel ontwerpers een ver-van-mijn-bed-show," signaleert hij "de genoemde percentages gaan wij echter niet in ons eentje halen."

 

"Het beste is om tijdens het ontwerpproces rekening te houden met de end-of-life fase," stelt professor Balkende geestdriftig. Hierbij speelt een aantal dilemma's. Sommige printplaten gebruiken bijvoorbeeld een metal core om warmte te geleiden. "Deze kern leidt tot een lagere elektronicatemperatuur, maar is niet makkelijk te recyclen" betoogt Balkenende. Ook veiligheidsoverwegingen of prestatie-eisen zitten recycling in de weg. Elementen die warmte naar buiten geleiden, zoals asfalt of rubber, verhinderen dat apparaten in brand vliegen. De plakkende eigenschap van deze potting-materialen is nadelig omdat recyclebare materialen vervuild raken. "Zand is een prima alternatief," oppert de hoogleraar. "Het geleid warmte en verstoort het recyclingproces niet. Zo blijven de interessante onderdelen schoon."

 

Verwacht wordt dat 3D-printen een grote rol gaat spelen bij het produceren van embedded elektronica. Behuizing en elektronica worden tegelijkertijd geprint. Deze productiewijze sluit de elektronica evenwel volledig op en bemoeilijkt recyclen. Het inbouwen van lokale zwakheden langs randen en oppervlakten van het printontwerp bieden volgens professor Balkenende een oplossing. De kunst is de betrouwbaarheid van het product tijdens de levensduur hoog te houden en op het gewenste moment de ingebedde elektronica door druk vrij te maken. Het principe is vergelijkbaar met de verpakking van modelbouwonderdelen. De verschillende componenten van een modelvliegtuig worden uit het plasticframe gedrukt om ze daarna te verwerken. Op deze manier is het ook mogelijk elektronica van geprinte oppervlakten te scheiden.

 3Professor Balkenende wijst op een koperpatroon in de vorm van Congo. Fairphone moedigt verantwoorde manieren van grondstofontginning aan door mineralen uit conflictvrije of Fairtrade mijnen in te kopen. 

 

Reparatiemogelijkheden maken de ontwerpfase nog complexer. "Reparatie en recycling zijn wel verenigbaar in één ontwerp," vervolgt Balkenende. Een schroefverbinding bevordert de repareerbaarheid van het apparaat, onderdelen kunnen immers makkelijk vervangen worden, maar materialen zijn moeilijk terug te winnen. Een schroef houdt namelijk elementen bij elkaar die gescheiden moeten worden. "Wanneer je tijdens het ontwerp breuklijnen definieert die de schroefgaten kruisen, kun je ingesloten elementen bevrijden. Deze subtiele aanpak maakt een product geschikt voor reparatie en recycling zonder dat het extra kost omdat de methode aansluit bij bestaande shreddertechnieken."

 

Herkomst van grondstoffen

Helaas heeft geen enkel recycleproces een 100% opbrengst. Volgens het Rathenau Instituut, een kennisinstelling op het gebied van technologie en wetenschap, zullen Nederlandse technologiebedrijven in een circulaire economie schaarse edelmetalen moeten blijven importeren.

 

De Wet van Moore verdubbelt de rekenkracht van processoren elke twee jaar. Steeds kleinere sensoren verrichten complexe handelingen. Deze miniaturisatie maakt slimme huizen en steden mogelijk. Experts zien beide als essentiële onderdelen van de energietransitie. "De hoeveelheid hardware die nodig is om deze systemen aan de praat te houden is gigantisch," waarschuwt Ton Bastein, senior onderzoeker circulaire economie bij TNO. Hij laat een degelijke studie van het Duitse Mijnbouwagentschap uit 2016 zien: Rohstoffe für Zukunftstechnologien. "Het rapport trekt opmerkelijke conclusies." In het beste geval zal de vraag naar grondstoffen als germanium, kobalt en scandium voor alleen toekomsttechnologieën in 2035 gelijk zijn aan de vraag naar grondstoffen voor alle technologieën in 2013 samen. De vraag naar lithium, dysprosium/terbium en rhenium zal meer dan verdubbelen ten opzichte van de gezamenlijke vraag in 2013.

 

"De voorraden zijn het probleem niet," beweert Ton Bastein. "Ontwerpers en ontwikkelaars moeten wel rekening houden met geopolitieke spanningen, natuurrampen, de milieu en sociale impact van grondstofwinning en de stand van de mijnbouwtechniek. Allemaal factoren die de winbaarheid en de leveringszekerheid van grondstoffen beïnvloeden. Problemen rond leveringszekerheid zijn niet direct zichtbaar en daardoor krijgt dit onderwerp weinig aandacht van ontwerpers." Bastein is pleitbezorger van meer informatie-uitwisseling op dit gebied. Een eerste stap in de goede richting is de grondstoffenscanner van RVO die inzicht geeft in het risico dat ondernemingen lopen.

4Professor circulair productontwerp Balkenende toont de (de)montage van een ledlamp. Alle elementen zitten met maar één klemverbinding vast, waardoor onderdelen makkelijk te vervangen en recyclen zijn. 

 

Ook professor Balkenende benadrukt het belang van de herkomst van materialen, met name op het gebied van duurzaamheid. "Aandacht voor duurzaamheid zit nog niet diep ingebakken in ontwerpprocessen. Fairphone blijft tot nu toe één van de weinige elektronicaproducenten die laat zien wat er mogelijk is. Zij zijn helaas betrekkelijk klein. Vanwege de inkoopkracht zijn grote bedrijven veel beter in staat om rekening te houden met duurzaamheid aan het begin van de keten. Dat gebeurt nog te weinig."

 

Video's

De razendsnelle assemblage van een Tesla Model 3

De razendsnelle assemblage van een Tesla Model 3

Zie hier hoe de Tesla Model 3 in hoog tempo in elkaar wordt gezet:

Master of Safety in één dag: “mooi en inspirerend”

Sponsored - Master of Safety in één dag: “mooi en inspirerend”

Pilz vond het een mooie en inspirerende dag, Master of Safety in één dag 2018.…

Luisteren naar Marswind

Luisteren naar Marswind

Meestal gaat het in video's voor een belangrijk deel om beeld, maar hier gaat het eigenlijk…

Robokat doet push-ups

Robokat doet push-ups

Kattenfilmpjes zijn nog steeds immens populair op het web, dus wij dachten dat we jullie er…

Orbis: een wiel dat je auto hybride maakt

Orbis: een wiel dat je auto hybride maakt

  De Orbis Ring-Drive is een wiel dat brandstofauto's hybride maakt. De technologie…

Meer videos »

Laatste nieuws

Chemici lossen hardnekkig katalysatorprobleem op na vier decennia

Hardnekkig katalysatorprobleem na vier decennia opgelost

Leidse en Eindhovense scheikundigen hebben na decennia de discussie beëindigd over het juiste model voor de eenvoudigste chemische reactie in heterogene katalyse, die essentieel is voor brandstofcellen. Met behulp van…

Kunstmatige long maakt brandstof van water

Kunstmatige long maakt brandstof van water

Onderzoekers van de Stanford universiteit zijn erin geslaagd om de werking van de long te kopiëren in een elektrokatalytisch mechanisme waarmee water energiezuinig kan worden gesplitst in waterstof en zuurstof. Dit…

100x sneller 3D-printen met licht

100x sneller 3D-printen met licht (video)

3D-printen met een vloeibare hars kan nu 100 keer sneller dan voorheen én de hars blijft niet meer aan zijn container kleven. De truc zit in 2 soorten licht in plaats van 1, en een remmer in de hars.

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

16 januari 2019, Veldhoven

Thermische analyse

Thermische analysetechnieken (zoals TGA, DTA, (MT)DSC, micro-calorimetrie, hoge snelheidscalorimetrie,...

21 januari 2019, Breda

2-daagse training CE-engineering en fabrikantschap

De Europese CE-richtlijnen gaan uit van het simpele scenario dat bij een verhandeld en/of in gebruik...

Meer agendapunten »