Unterstützung der Entwicklung umweltfreundlicherer Materialien und Produktionsprozesse für RFID-Tags mit Ökobilanzmethoden

Stipendiatin/Stipendiat: Veselko Secerov

Die Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik beschäftigt sich mit der Nachhaltigkeitsbewertung von Produkten, Prozessen und Dienstleistungen in nationalen und internationalen Forschungsprojekten.

Seit dem Beginn meines DBU-Stipendiums (1. März 2018) arbeite ich gemeinsam mit mehreren Kollegen der Abteilung am Thema Umweltwirkungen von Radio Frequency Identification (RFID) Technologien. Meine Arbeiten ergänzen und erweitern aktuelle Forschungsarbeiten, wie u.a. ein von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekt, das sich mit dem Thema Radio Frequency Identification (RFID) Technologie befasst. Dieses Projekt hat zum Ziel die Kosten, Dauer, Größe und den Materialeinsatz bei der RFID- und NFC-Tag Produktion zu minimieren. Um dieses Ziel zu erreichen werden alle Bestandteile der Tags (leitfähige Tinten, Klebstoffe, ICs, …) und Produktionsprozesse untersucht, weiter- oder neuentwickelt. Die Aufgaben der Abteilung GaBi ist die entwicklungsbegleitende Analyse von Prozessen und Materialen zur frühzeitigen Erkenntnisgewinnung umweltrelevanter Wirkungen die den Projektpartnern und insbesondere den Entwicklungsingenieuren zur Verfügung gestellt werden. Signifikante Material- und Energieströme werden somit frühzeitig identifiziert und liefern wichtige Informationen für das Konsortium und die jeweiligen Prozessingenieure.

Der RFID-Tag Markt ist von starkem Wachstum geprägt. Im Jahr 2017 wurden mehr als 20 Milliarden Radio Frequency Identification (RFID) Tags produziert. Schätzungen zufolge wird die Produktion von RFID-Tags im Jahr 2022 auf mehr als 85 Milliarden Stück pro Jahr ansteigen. RFID-Tags werden in einer Vielzahl von Produkten wie Kreditkarten, Lebensmittelverpackungen, logistische Unterstützung, Produktverfolgung usw. eingesetzt. RFID-Tags sind in der Regel zwar relativ klein, enthalten trotzdem viele interessante Materialien. Aktuell werden für die Herstellung eines Tags mehr als 20 verschiedene Materialien verwendet. Hierzu zählen wertvolle Materialien wie Gold, Silber und Kupfer. Ein detaillierter Blick auf die Verfügbarkeit dieser Materialen gibt Aufschluss über zukünftige Verfügbarkeiten. Gegenwärtig gibt es noch etwa 56.000 Tonnen nicht abgebauter Goldreserven, die für den Bergbau wirtschaftlich rentabel sind. Unter Berücksichtigung der derzeitigen Abbaurate werden die Goldreserven in etwa 18 Jahren erschöpft sein. Ähnlich verhält es sich mit Silber. Die nicht abgebauten, derzeit wirtschaftlich rentablen Silberreserven liegen bei ca. 570.000 Tonnen und werden bei der derzeitigen Abbaurate in ca. 21 Jahren erschöpft sein. Ziel der Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung ist es die Hersteller von RFID-Tags bei der Entwicklung neuer Technologien und Materialien zu unterstützen. Dies gelingt durch das Aufzeigen verschiedener Analyseergebnisse, die Aufschluss über Verfügbarkeit und Umweltwirkungen geben. Ziel ist es, kritische und umweltrelevante Materialien zu ermitteln und langfristig durch Materialien mit geringeren Umweltwirkungen zu substituieren.

Meine Aufgabe war es zunächst den aktuellen Stand des Wissens bei der Herstellung von RFID-Tags zu recherchieren. Das bedeutet, alle notwendigen Informationen über die Material- und Energieströme zu sammeln, die für die Herstellung der Tags benötigt werden. Diese Material- und Energieströme werden quantifiziert und prozessspezifisch zugeteilt. Basierend auf diesen erfassten Datenströmen habe ich ein Ökobilanzmodell in der GaBi-Software erstellt. Mit der nachfolgenden Auswertung konnte ich signifikante Material- und Energieströme der jeweilig betrachteten Umweltwirkungskategorie ermitteln und darstellen. Diese Informationen habe ich aufbereitet und dem Konsortium als Diskussionsgrundlage zur Verfügung gestellt.

Der nächste Schritt besteht darin, die notwendigen Material- und Energieströme für eine neue Generation von RFID-Tags zu sammeln und vorzubereiten. Mit der neuen Generation wird versucht, den Einsatz von wertvollen und seltenen Materialen zu verringern. Mit den ermittelten Eingangs- und Ausgangsdaten wird ein generisches GaBi-Softwaremodell entwickelt und anschließend ausgewertet. Die Ergebnisse beider Modelle werden daraufhin verglichen und Potenziale der neuen RFID-Generation je Umweltwirkungskategorie ermittelt.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Einbeziehung der Auswirkungen des RFID-Tags auf das Anwendungsprodukt. Welche umweltrelevanten Veränderungen treten auf bzw. werden erwartet? Zudem wird das Lebensende des Tags, d.h. dessen späterer Zugänglichkeit, hauptsächlich über das Lebensende des Anwendungsprodukts definiert. Diese Flexibilität wird über Szenarien abgebildet.

Förderzeitraum:
07.02.2018 - 06.08.2018

Institut:
Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)
Abt. Ganzheitliche Bilanzierung

Betreuer:
Dr. Stefan Albrecht

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Publikationen: