Nachhaltige Elektronik-Entwicklung als Wachstumstreiber

Durch eine frühe Integration von nachhaltigen Gesichtspunkten in die Produktentwicklung lässt sich die Planung klarer gestalten, spätere Anpassungskosten vermeiden, gesetzliche Anforderungen leichter erfüllen sowie Material- und Energiekosten senken. Da elektronische Komponenten einen wesentlichen Beitrag zur CO₂-Bilanz eines Produkts leisten, untersucht dieser Beitrag insbesondere die Rolle von Nachhaltigkeit im Bereich Elektronikentwicklung und ihren Einfluss auf den Produkterfolg.

Zwei-Stufen-Programm für Ihren Markterfolg

Ob Produkt- oder Produktionsanforderung – Nachhaltigkeit im Elektronikdesign kann zunächst überfordernd wirken. Sie scheint mit zusätzlichen Kosten und einem komplexeren Supply Chain Management einherzugehen. Unsere Erfahrung zeigt jedoch das Gegenteil: Durch Nachhaltigkeit lassen sich Kosten senken und die Effizienz steigern, wie ein vorangegangener Blogartikel über nachhaltige Entwicklung zeigt.

Die Integration von Nachhaltigkeit in das Produktdesign verbessert nicht nur das ökologische Image eines Unternehmens, sondern schafft auch neue Differenzierungschancen am Markt und kann zu erheblichen Energieeinsparungen für Endnutzende führen.

Eine initial durchgeführte zweistufige Eco-Design-Studie hilft, die ökologischen Hotspots des Produkts zu identifizieren und zu adressieren. In der ersten Phase erfolgt eine Analyse des Status quo, etwa durch eine auf elektronische Komponenten zugeschnittene Lebenszyklusanalyse (LCA) oder eine kreislaufwirtschaftliche Bewertung. In Phase zwei werden Maßnahmen zur Reduktion der Umweltwirkungen sowie potenzielle, skalierbare Lösungen untersucht. Die erfolgreiche Umsetzung solcher Eco-Design-Studien erfordert interdisziplinäre Teams, die Umweltaspekte mit technischer Expertise verknüpfen.

Ein praktisches Beispiel: Im gemeinsamen Projekt mit Bystronic entwickelte Zühlke nicht nur eine Roadmap zur CO₂-Reduktion, sondern legte auch den Grundstein für neue Generationen von Laser- und Biegemaschinen. Der effiziente Ressourceneinsatz, kreislaufwirtschaftliche Strategien und die Ausrichtung an den tatsächlichen Kundenbedürfnissen führten nicht nur zu einer potenziellen Emissionsreduktion von bis zu 50 %, sondern auch zu geringeren Betriebskosten.

Beispiel Mikrochip: Der größte Treiber der CO₂-Bilanz

Ein Apple iPhone und ein Hightech-Medizingerät haben eine verblüffende Gemeinsamkeit: Die größten Emissionen entstehen bei der Herstellung der Mikrochips. Das zeigt ein zentrales Handlungsfeld für zunehmend nachhaltige Elektronik.

Halbleiter sind essenziell für moderne Elektronik. Ob Mobiltelefone, E-Fahrzeuge, bildgebende Verfahren wie MRT oder Solarmodule – sie alle sind auf Mikrochips angewiesen. Deren Herstellung ist jedoch extrem energieintensiv. Abbildung 1 verdeutlicht: Halbleiter machen 39 % der Emissionen in Apples Produktion aus und diese wiederum 77 % des gesamten Unternehmens-Fußabdrucks. Grund dafür ist der hohe Energiebedarf bei Prozessen wie Materialbeschichtung, Schaltkreisätzung und Reinraumklimatisierung.

Komponenteneigenschaften: Mikrochips als Emissionstreiber

CO₂-Daten lassen sich für Design und Komponentenauswahl nutzen. Mit einer initialen Nachhaltigkeitsbewertung in der Designphase können CO₂-Werte Grundlage für nachhaltigere Entscheidungen sein.

Integrierte Schaltkreise (ICs) stehen dabei im Fokus. Das liegt am Silizium, das für die Herstellung besonders energieintensiv ist. Obwohl Silizium nur 2–3 % des Chipgewichts ausmacht, verursacht es 60–80 % des CO₂-Fußabdrucks. Entscheidender Faktor ist deshalb der Gesamt-Siliziumgehalt. Auch die Verpackung des Chips spielt eine Rolle: Goldverbindungen sind deutlich emissionsintensiver als zum Beispiel Lötkugeln aus Zinn. Schon geringe Mengen Gold verursachen einen CO₂-Ausstoß, der 100-mal höher ist als die Herstellung eines durchschnittlichen ICs – und 10.000-mal so hoch wie bei Kupfer.

Lieferantenauswahl: CO2-Fußabdruck senken, Effizienz steigern

Ein Blick auf die CO₂-intensivsten Schritte der Halbleiterproduktion zeigt: Die Lieferkette ist entscheidend. Diese besteht im Wesentlichen aus zwei Phasen: Waferproduktion sowie Assembly & Testing. Beide Prozesse erfordern viel Energie und kontrollierte Bedingungen.

Die ersten Hebel für CO₂-Reduktion liegen in der Waferproduktion. Die Waferscheibe ist das Trägermaterial für die Schaltkreise. Ihre Größe bestimmt, wie viele Chips gleichzeitig gefertigt werden können – und beeinflusst so Effizienz, Kosten und Energieverbrauch. 300mm-Wafer liefern etwa doppelt so viele Chips wie 200mm-Wafer. Trotz etwas höherem Energiebedarf verbessert sich die CO₂-Bilanz pro Chip. Wo möglich sollten also Chips bevorzugt werden, die auf 300mm-Wafern gefertigt wurden.

Beim Vergleich von ICs sollten Faktoren wie Chipfläche, Goldanteil, Wafergröße und Standort der Produktionsstätte berücksichtigt werden. Tools zur Produktentwicklungsanalyse helfen dabei, diese Emissionsfaktoren zu bewerten. Ein Beispiel ist SiliconExpert: Es ermöglicht den Zugriff auf Fertigungsdaten von Chips, um Nachhaltigkeit bei der Auswahl zu berücksichtigen.

Nicht zuletzt ist der Produktionsstandort ein wichtiger Parameter bei der Auswahl des Lieferanten im Hinblick auf Carbon Footprint der Produktion. Die Betrachtung von Karten zur Kohlenstoffintensität des Stroms hilft bei der Unterscheidung zwischen Lieferantenregionen auf der Grundlage der Kohlenstoffintensität des durchschnittlichen Stromprofils der Region. Komponenten, die, wenn auch nur teilweise, an einem Standort mit einem hohen Anteil an kohlenstoffarmer Elektrizität, z. B. aus erneuerbaren Energien oder Kernenergie, hergestellt werden, sollten bevorzugt werden. Darüber hinaus können die Klimaanlagen in Mikrochip-Reinraum-Montage- und Testanlagen etwa ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs ausmachen. Ein kühleres Klima würde weniger Energie für die Klimatisierung erfordern, was sich auf den gesamten CO₂-Fußabdruck auswirkt.

Nachhaltige Entwicklung und die Einbeziehung in das Elektronikdesign gehen weit über integrierte Schaltungen hinaus. Der gesamte Lebenszyklus eines Produkts, von der Herstellung der Leiterplatten (PCB) bis zur Auswahl von Komponenten wie Dioden, Transistoren, großen Kondensatoren und Steckern, trägt erheblich zur Gesamtumweltbelastung bei. Meistens hängt die Auswirkung mit dem Gewicht der Komponenten oder der Dichte der Funktionsteile zusammen. So steht beispielsweise die Auflösung von LED-Anzeigen in direktem Zusammenhang mit ihrem Kohlenstoff-Fußabdruck. Darüber hinaus sind die Komplexität der Herstellungsprozesse und die von den Zulieferern verwendeten Energiequellen entscheidende Faktoren bei der Bestimmung des CO2-Fußabdrucks von Elektronikprodukten. Die Wahl von Lieferanten, die erneuerbare Energiequellen nutzen, kann den Kohlenstoff-Fußabdruck des Endprodukts erheblich reduzieren.

Nachhaltige Produktion und nachhaltige Elektronik bedeuten keineswegs steigende Kosten, ganz im Gegenteil: Kosten werden gesenkt und die Effizienz durch optimierte Prozesse, Ressourcennutzung und innovative Designpraktiken gesteigert. Daher macht Nachhaltigkeit Ihre Produkte und Dienstleistungen zukunftssicher und fördert Innovation und Erfolg in der gesamten Organisation.