Kohti kestävää elektroniikkateollisuutta painetun, joustavan ja rakenteellisen elektroniikan avulla

Elektroniikkajätettä kertyy kaatopaikoille, kierrätysaste on matala ja arvokkaiden raaka-aineiden saatavuus uhattuna. VTT:n tavoitteena on tehdä kiertotaloudesta elektroniikkateollisuuden uusi normaali ja tarjota ratkaisuja, jotka lisäävät kestävyyden ja vastuullisuuden toteutumista elektroniikan elinkaaren jokaisessa vaiheessa.

Viisi ratkaisua elektroniikan kestävään kehitykseen

Vuoteen 2030 mennessä elektroniikkaromun määrä saavuttaa 74 miljoonaa tonnia maailmanlaajuisesti, ja jätteestä vain 20% kerätään tai kierrätetään asianmukaisesti. Elektroniikkateollisuudella onkin edessään suuria haasteita, jotka liittyvät arvokkaiden materiaalien saatavuuteen ja kasvavaan paineeseen pienentää ympäristöjalanjälkeä ja siirtyä kohti kiertotaloutta. 

VTT:n erikoistutkija Liisa Hakola esittelee viisi tapaa edistää elektroniikan kiertotaloutta ja alan vastuullisuutta. Kokonaisvaltainen lähestymistapa kestävän kehityksen eri näkökohtien hallintaan koko elektroniikan arvoketjussa ja elinkaaressa on tulevaisuuden kannalta ensiarvoisen tärkeää.
 

1. Ympäristö ja vastuullisuus osaksi suunnittelua 

Ympäristötavoitteet on sisällytettävä suunnitteluprosessiin ja teknisiin vaatimuksiin tuotteiden koko elinkaaren ajan. Ekosuunnittelun (ecodesign) ja kiertotalouden mukaisen suunnittelun tavoitteita ovat muun muassa energiatehokkuus, materiaalitehokkuus, tuotteiden joustavat ja pitkät elinkaaret, päivitettävyys sekä materiaalien kierrätettävyys.

Tuotteet on suunniteltava modulaarisesti, jotta jokainen komponentti voidaan erottaa missä tahansa prosessin vaiheessa ja hyödyntää uusiomateriaaleina. VTT auttaa teollisuuden toimijoita kehittämään innovatiivisia kierrätysmateriaaleja, tuotteita, prosesseja ja muita ratkaisuja, jotka pidentävät materiaalien elinkaarta ja auttavat vastaamaan pahenevaan raaka-ainepulaan.

Kestävät ja vastuulliset toimintatavat myös luovat yrityksille uusia liiketoimintamahdollisuuksia. Tulevaisuudessa tämä synnyttää kilpailuetua myös elektroniikka-alan yrityksille.

Pyrimme kehittämään vastuullista ja kestävää elektroniikkaa, joka noudattaa kiertotalouden periaatteita kaikilla tasoilla – aineista materiaaleihin ja komponenteista järjestelmiin.

2. Kestävät ja vastuulliset raaka-ainevalinnat 

Koska raaka-aineresurssien maailmanlaajuisen kulutuksen odotetaan yli kaksinkertaistuvan vuosina 2015–2050, elektroniikkateollisuuden on siirryttävä yhä enemmän uusiutuviin luonnonvaroihin perustuvien materiaalien käyttöön. Yksi hyvä esimerkki ovat selluloosamateriaalit, kuten paperi ja nanoselluloosa, joita VTT on jo menestyksekkäästi käyttänyt painetun elektroniikan materiaalialustoina.

Vuosina 2019–2022 VTT johti ECOtronics-projektia, jossa osoitettiin useiden erilaisten biopolymeeri-, selluloosa- ja puupohjaisten materiaalien soveltuvuus substraatteina, kuten piirilevyjen ja pakkausalan älykkäiden etikettien valmistuksessa. Substraattimateriaalien lisäksi ympäristöystävällisempiä valintoja voidaan tehdä myös johtavien materiaalien osalta. Monet elektroniikassa yleisesti käytetyistä metalleista ovat arvokkaita, harvinaisia tai jopa kriittisiä, ja niille on usein mahdollista löytää vaihtoehtoja runsaammin saatavilla olevien materiaalien joukosta, esimerkiksi korvaamalla hopea kuparilla tai käyttämällä hiilipohjaisia materiaaleja.

3. Energia- ja materiaalitehokkaat valmistustekniikat 

Monet elektroniikan valmistuksessa käytetyistä perinteisistä tekniikoista perustuvat materiaalia vähentäviin prosesseihin. Painatus, rullalta rullalle -valmistus sekä muut materiaalia lisäävät tekniikat puolestaan pienentävät syntyvän jätteen määrää valmistusprosessin aikana. 
VTT edistää painotekniikan käyttöä elektroniikan valmistuksessa esimerkiksi mahdollistamalla uusien ratkaisujen pilotoinnin painetun älyn pilottilinjastolla ja toimimalla aktiivisesti PrintoCent-ekosysteemissä. 

Painettu elektroniikka on resurssitehokas valmistusprosessi, ja etsaukseen perustuviin prosesseihin verrattuna se kuluttaa vähemmän energiaa ja tuottaa vähemmän materiaalijätettä vähentäen samalla haitallisten kemikaalien käyttöä. Valmistusteknologiana se avaa mahdollisuuksia suunnitella uusia elektroniikkatuotteita esimerkiksi älykkäisiin pakkauksiin, puettavaan elektroniikkaan, maatalouden sensoriratkaisuihin ja diagnostiikkaan. 

4. Käyttövaiheen kestävät ratkaisut

Uudet tekniset ratkaisut tarjoavat mahdollisuuksia tuotteen kokonaisvaikutusten optimoimiseen myös käyttövaiheessa. Näitä voivat olla mm. ruokahävikin vähentäminen, nopeampi diagnostiikka tai tuottavuuden parantaminen pakkaus-, diagnostiikka- ja valmistussektoreilla. Myös elektronisten laitteiden energiankulutusta voidaan vähentää. Tulokset voidaan saavuttaa edullisten ja kevyiden laitteiden sekä uudentyyppisten tekniikoiden avulla, joiden tuotannon mahdollistaa ohuiden ja joustavien biopohjaisten materiaalien käyttö yhdistettynä materiaalitehokkaaseen valmistukseen. Lisäksi laitteiden kyky ottaa talteen energiaa, mm. orgaanisen aurinkokennotekniikan (OPV) käytöllä tarjoaa uusia mahdollisuuksia ulkoisista energian lähteistä riippumattomille ratkaisuille.

Yksi esimerkki ECOtronics-projektista on älykäs etiketti, joka on painettu biopohjaiselle muoville ja jonka energianlähteenä on aurinkopaneeleilla jopa sisätiloissa ladattava superkondensaattori. Etiketti voidaan lisätä osaksi tuotteen pakkausta ja sitä voidaan käyttää esimerkiksi elintarvikkeiden ja lääkkeiden tai muiden lämpöherkkien tuotteiden kuljetusolosuhteiden seurantaan. Tämän älyetiketin valmistuksen ympäristövaikutukset ovat pienet verrattuina kuljetusketjun tehostumiseen ja ympäristökuorman vähenemiseen.

5. Kestävä kehitys käytöstä poistamisvaiheessa

Elektroniikkajäte on nopeimmin kasvava kotitalousjätevirta EU:ssa, mutta kiertotalous tarjoaa mahdollisuuksia elektroniikka- ja sähkölaiteromun hallintaan ja käsittelyyn. Esimerkiksi uusia matkapuhelimia tulee markkinoille joka vuosi 1,5 miljardia. Vanhat puhelimet päätyvät pöytälaatikoihin tai kaatopaikalle, jolloin niiden materiaalit ja komponentit katoavat kierrosta. On tärkeää, että nämä materiaalit palautuvat teollisuuteen ja uudelleen käytettäviksi. 

Myös uudentyyppisiä elektronisia laitteita kuten kertakäyttöiset diagnostiset testit kuluttajille ja anturit, jotka mittaavat peltojen ympäristöolosuhteita ja meteorologista dataa, syntyy jatkuvasti. Siksi elektroniikka-alalle tarvitaan tehokasta elinkaaren lopun hallintaa, joka hyödyntää kiertotalouden periaatteita ja suunnittelukonsepteja. Lisäksi tarvitaan myös painetulle elektroniikalle soveltuvia keinoja materiaalien ja komponenttien käsittelemiseen siten, että ne on helppo palauttaa takaisin kiertoon.

Myös materiaalien biohajoavuus voi olla hyvä vaihtoehto siinä tapauksessa, että elektroniset tuotteet päätyvät vahingossa tai tarkoituksella ympäristöön. Koska uudentyyppiset elektroniikkatuotteet voivat päätyä erityyppisiin jätevirtoihin, kuten pakkaus- tai muovijätteiden sekaan, materiaalien ja komponenttien kierrätys on harkittava tapauskohtaisesti. 
 

Vastuullinen elektroniikka vaatii monialaista osaamista

Me VTT:llä lähestymme kestävää elektroniikkakehitystä nojaten monialaiseen osaamiseen, jossa yhdistyvät painettu ja hybridielektroniikka sekä biopohjaisten materiaalien kehittäminen ja kestävän kehityksen huomioiminen tuotteen koko elinkaaren suunnittelussa.


Tuomme yhteen poikkeuksellisen kokemuksen ja ammattitaidon uusien kehittyneiden materiaalien suunnittelusta ja kehittämisestä aina painetun elektroniikan valmistukseen. Yhdistämme korkeatasoisen tutkimusosaamisen maailmanluokan tutkimusinfrastruktuuriin ja globaaleihin verkostoihin. Avainosaamistamme ovat:

Our key competences include:

  • Matalapäästöiset ja vähähävikkiset valmistusprosessit kuten painettu elektroniikka
  • Uudet toiminnallisuudet biopohjaisten, uusiutuvien ja saatavuudeltaan runsaiden materiaalien avulla
  • Ymmärrys alan kansallisesta ja kansainvälisestä sääntelystä sekä kestävyysarviointien tekeminen 

Lue lisää painetun, joustavan ja rakenteellisen elektroniikan palveluistamme.

Me VTT:llä edistämme elektroniikkateollisuuden vastuullisuutta elinkaaren kaikissa vaiheissa

Sustainability phases and levels

Uutta liiketoimintaa kestävästä elektroniikasta

Me VTT:llä autamme elektroniikkateollisuuden yrityksiä löytämään uusia ratkaisuja elektroniikan kestävään kehitykseen.

Teemme myös yhteistyötä eri toimialoilta olevien asiakkaiden kanssa aina terveydenhuollosta maatalouteen ja autoteollisuudesta rakennusalaan. Yhdessä pyrimme kehittämään prosesseja ja sovelluksia, jotka perustuvat kestäviin tuotantotapoihin, kuten painettuun elektroniikkaan, joustavaan elektroniikkaan ja hybridielektroniikkaan.

Autamme asiakkaitamme vastuullisuuden kehittämisen eri vaiheissa materiaalisuunnittelusta ja konseptikehityksestä pilotointiin ja vaikutusten arviointiin.
 

Esimerkkejä sovelluksistamme:

  • Osana ECOtronics-projektia pakkausalan toimija Iscent sai apua materiaalien valinnassa ja testauksessa.
  • Tuimme myös terveysteknologiayhtiö GE Healthcarea ekosuunnittelussa ja ympäristövaikutusten arvioinnissa.
  • VTT:n TKI-työ painetussa, joustavassa ja rakenteellisessa elektroniikassa ja optiikassa on myös johtanut useisiin menestyviin spin-off-yrityksiin, kuten TactoTekIscent, Dispelix ja The Warming Surfaces Company.
     
JaniMikael Kuusisto and Jarno Vehmas from the Warming Surfaces Company
YK:n World Cities -raportin mukaan vuoteen 2050 mennessä kaupunkeihin muuttaa päivittäin 200 000 ihmistä. Se edellyttää, että joka ikinen päivä valmistuu yli kymmenen tuhatta uutta rakennusta. Teknologiamme auttaa varmistamaan, että näiden rakennusten lämmitysjärjestelmiin käytetään huomattavasti vähemmän resursseja ja että niiden käyttäminen on energiatehokkaampaa.
Jarno Vehmas, The Warming Surfaces Companyn tuotevastaava ja perustaja

VTT innovaatiot - Elektroniikkajätteen vähentäminen painetun elektroniikan avulla

PrintoCent-pilottitehdas

The image shows a roll of translucent material with electronics printed on it.

VTT:n Printocent-pilottitehdas tarjoaa ainutlaatuisen ympäristön painetun ja hybridielektroniikan valmistustekniikoiden kehittämiseen ja skaalaamiseen.

Kehitämme ja testaamme uusia teknologioita ja sovelluksia nopeista laboratorioprototyypeistä aina suurten rullalta rullalle -menetelmien tuotantokelpoisuuden osoittamiseen. 

Puettavien sensoreiden pilottivalmistus

Asiantuntijamme kestävässä ja vastuullisessa elektroniikassa

Asiantuntemuksemme kumpuaa erilaisia vahvuuksia ja taustoja yhdistävien tiimien ja tutkijoiden tuomisesta saman katon alle – materiaalitieteistä vaikutusten arviointiin ja elektroniikan rullalta rullalle -painatukseen. Asiantuntijamme pystyvät myös tukemaan asiakkaitamme ja kumppaneitamme sääntelyyn liittyvissä kysymyksissä sekä innovaatoiden kaupallistamisessa.

Liisa Hakola
Liisa Hakola
Erikoistutkija

Liisa Hakola toimii projektipäällikkönä ‘Flexible sensors and devices’ -tiimissä, jossa hän kehittää kestäviä elektroniikan ratkaisuja ja älytunnisteita kansallisissa ja eurooppalaisissa tutkimushankkeissa. Hän on valmistunut Aalto-yliopistosta media- ja paperitekniikasta.

View profile on Cris-portal

Maria Smolander
Maria Smolander
Tutkimustiimin vetäjä

Maria Smolanderilla on laaja tausta painettujen ja vastuullisten älylaitteiden kehittämisessä. Hänellä on kokemusta erilaisista sovellusalueista, jotka kattavat sähkökemialliset biosensorit, painetut virtalähteet, älykkäät pakkauskonseptit ja diagnostiikkalaitteet. Hän on myös vetänyt useita monialaisia projekteja, joissa on yhdistetty materiaali-, prosessi- ja sovellusosaamista.  

View profile on Cris-portal

Yhteistyöhön kanssamme

VTT on strateginen kumppanisi, kun yrityksesi on valmis ottamaan harppauksen kohti kestävää kehitystä. Voimme tukea kestävän kehityksen edistämistä elektroniikan koko elinkaaren ajan – alkaen materiaalitoimittajista, jotka kehittävät uusia biopohjaisia materiaaleja aina sopimusvalmistajiin, osajärjestelmien valmistajiin, integraattoreihin, tuotteiden omistajiin ja loppukäyttäjiin.

Räätälöimme prosessimme tarpeidesi mukaan – alla yksi esimerkki siitä, miten projekti voidaan toteuttaa:

  • Autamme sinua valitsemaan polkusi kohti kestävää kehitystä uusien materiaalien, valmistusmenetelmien, tuotearkkitehtuurin tai täysin uusien tuotteiden avulla.

  • Suunnittelemme tuotteesi ja prototyyppisi yhdessä kanssasi hyödyntäen kestäviä materiaaleja ja prosessivaihtoehtoja.

  • Todennamme tuotekonseptin kestävyyspotentiaali laadullisen ja määrällisen arvioinnin avulla. 

  • Kehitämme uuden, kestävän kehityksen mukaisen valmistusprosessin ja suoritamme testauksen ja hienosäädön VTT:n pilottitehtaalla. 

Ota yhteyttä kuullaksesi lisää!

Antti Kemppainen
Antti Kemppainen
Solution Sales Lead

Tutustu webinaareihimme

Circular design for electronics

Tässä webinaarissa tutustut EU:n ekosuunnitteludirektiivin uusiin kehityssuuntiin, kiertotalouteen perustuvaan suunnitteluun, resurssitehokkaaseen valmistukseen, elektroniikan kierrätykseen ja elektroniikan biopohjaisiin materiaaleihin.