Tagarchief: computer

Waarom chips voorlopig niet veel sneller worden, en waarom dat een zegen is

 

chip

Nóg krachtiger chips die nóg sneller rekenen: het zit er de komende jaren niet meer in. Erwin van den Brink legt uit dat we juist hierdoor veel nieuwe, nuttige apparaten en diensten krijgen.

Hier het artikel in het FD: Waarom chips voorlopig niet veel sneller worden, en waarom dat een zegen is: FD-20160109-06006001

Schermafbeelding 2016-01-09 om 16.48.51

(En, oh ja, lees dan ook dit verhaal in De Ingenieur uit 2001 over de Google Glasse en de Apple Watch – avant la date – : 2001-16_circus-elektronica What’s new!)

1: Einde van een tijdperk

Heeft u ze al, de Google Glass en de Apple Watch? De Google Glass is commercieel een mislukking en met de Apple Watch gaat het dezelfde kant op. De technology push uit de informatie- en communicatiesector heeft ons leven een kwarteeuw volgepropt met steeds snellere apparaten en software, maar steeds meer mensen ontdekken dat de gadgets weinig toevoegen aan hun leven, en dat ze zeker niet al hun problemen oplossen.

De Google Glass en Apple Watch zijn symptoom van een onderliggende malaise. De echte innovatie is doodgebloed, door de drang vanuit de ict-wereld om voor elke snellere chip een nieuwe gadget te bedenken, of er nu behoefte aan is of niet. De techsector hield de afgelopen decennia met de tong op de schoenen de Wet van Moore bij: elke twee jaar verdubbelde de rekenkracht van de chips, doordat het telkens lukte om de componenten weer wat kleiner te maken.

De Wet van Moore is een voorspelling van Gordon Moore, oprichter van chipfabrikant Intel, uit 1965. Dat was het begin van het tijdperk waarin chips worden gemaakt van silicium. Nu, vijftig jaar later, lijkt toch het stadium aangebroken waarin het technisch bijna onmogelijk is – en vooral ook heel duur – om de elektronica in silicium nog kleiner te maken. En dus worden chips voorlopig niet meer veel sneller.

Is dat een ramp voor de techsector? Integendeel, het is een zegen. Voor de consument, en voor het midden- en kleinbedrijf.

 

2: Wet van de remmende voorsprong

De beste technische uitvindingen zijn aanvankelijk totaal nutteloos maar vooral ongezocht. Juist daardoor ontketenen ze creativiteit. Toen Theodore Maiman in 1960 de laser uitvond, zat niemand op zijn gebundelde lichtstraal te wachten. Of zoals Maimans assistent, Irnee D’Haenens, droog opmerkte: ‘We hebben een mooie oplossing ontdekt, nu zoeken we nog een probleem.’ Tegenwoordig kent de laser talloze toepassingen.

Wat moet je er eigenlijk mee: die vraag kon ooit worden gesteld voor silicium, het materiaal waarin de elektronische schakelingen van een microchip worden geëtst. Toen eenmaal duidelijk was dat silicium uitermate geschikt is voor micro-elektronica (tegenwoordig nano-elektronica) zorgde het voor een explosieve groei in rekenkracht van computers. De vuistgrote radiobuis, die elektronische signalen versterkt, kromp al in de jaren veertig van de vorige eeuw tot een transistor ter grootte van een vingerkootje. Tegenwoordig zitten er twintig miljard van zulke ‘transistors’ in een chip zo groot als je pinknagel. Maar de schijnbaar eindeloze mogelijkheden van silicium maakte de industrie blind voor betere materialen.

Een van de broedplaatsen voor een volgende revolutie in chipmaterialen is het Else Kooi Laboratorium van de TU Delft (Else Kooi bedacht in 1966 een sleuteltechnologie voor het bouwen van siliciumchips). Directeur Casper Juffermans vindt dat de computerindustrie als geheel te lang op het succes van silicium heeft willen teren. ‘Dat maakte de industrie zeer conservatief in het absorberen van innovaties’, zegt hij. ‘Bestaande technologie werd zo lang mogelijk uitgemolken.’ Maar door de zoektocht die nu op gang is gekomen naar alternatieven, is de chipwereld volgens Juffermans op dit moment een stuk interessanter dan vijf, tien jaar geleden toen de siliciumhorizon nog ver weg leek.

Er zijn genoeg kandidaten om silicium (halfgeleider) en koper (geleider) op te volgen. De stofjes met de gezochte eigenschappen dragen exotische namen als grafeen, molybdeniet, siliceen, carbon nanobuisjes. In het verschiet liggen exotische toepassingen zoals tunneleffect transistoren (waarin wordt geschakeld met afzonderlijke electronen) en nanofotonica (waarbij de rol van elektriciteit in de chip wordt overgenomen door licht). Wat ze gemeen hebben is: in principe werkt het. Maar de opschaling van één enkele grafeentransistor tot de miljarden exemplaren die nodig zijn op één chip, gaat volgens Juffermans zeker nog tien tot vijftien jaar duren.

 

  1. Fysieke grenzen

De elektronische schakelingen op een siliciumchip kunnen we nog verder verkleinen. De nieuwste lithografiemachines die nu worden getest, maken elektronische componenten op een chip die zo klein zijn dat je hun afmetingen meet in atomen. Dat creëert weer een nieuw soort probleem. ‘Met de huidige lithografietechniek is het onmogelijk om stabiele structuren te maken met een nauwkeurigheid van een enkel atoom’, stelt prof. dr. Bert Koopmans, hoofd van de vakgroep Fysica van Nanostructuren aan de Technische Universiteit Eindhoven. Onder zijn leiding wordt gekeken naar de alternatieven voor elektronica. De kandidaten zijn fotonica (lichtsignalen) en spintronica. Dat laatste is de technologie die data magnetisch maakte. Behalve elektrisch geladen deeltjes zijn elektronen ook te beschouwen als een soort magneetjes die linksom of rechtsom rondtollen; die tolrichting of spin wordt geregistreerd als een 0 of een 1, dus als informatie.

De klassieke siliciumtransistor kan volgens Koopmans nog met hele kleine stapjes worden verbeterd. Die techniek kan hooguit nog 20 jaar vooruit, maar dan is de rek er echt uit. De toename van de kloksnelheid (het aantal keren per seconde dat een processor een rekenstap kan uitvoeren) staat al tien jaar stil rond de 4 GHz. Dat zijn vier miljard rekenstappen per seconde. Op zichzelf indrukwekkend, maar de opmars naar 10 GHz die tien jaar geleden werd beloofd is er niet gekomen.

Koopmans: ‘Ongemerkt zullen we het niet meer hebben over de Wet van Moore. Die lost langzaam op. We hebben kloksnelheid als prestatiecriterium stilletjes ingeruild voor het aantal transistors op een chip.’

Een andere fysieke grens is de lengte van de minuscule bedrading die de componenten verbindt. In een chip ter grootte van een vingernagel zit nu zo’n tien kilometer koperdraad. Nog meer bedrading, waar nog meer stroom doorheen gaat, maakt de chips te warm. Als dat koperdraad kan worden vervangen door koolstof nanobuisjes, met een veel lagere elektrische weerstand en daardoor minder warmteontwikkeling, kan de rekensnelheid weer toenemen. In theorie. Want in praktijk zal het nog tien tot vijftien jaar duren, schat Casper Juffermans van het Else Kooi Laboratorium, voordat die productietechnologie onder de knie is.

Op de bijna-atomaire schaal waarop schakelingen ‘in silicium’ uiteindelijk kunnen worden gemaakt, worden de transistors allemaal een beetje verschillend. Daardoor kunnen fouten ontstaan in de rekenstappen, en moet de processor zichzelf voortdurend checken op fouten. Dat gaat weer ten koste van de rekensnelheid.

Het komt er op neer dat de prijs van een afzonderlijke transistor niet meer daalt, aldus Juffermans. Nieuwe generaties transistors zullen gewoon duurder zijn, zeker als het productieproces nog moet worden geleerd. De vraag is of de kosten omlaag gaan met het doorlopen van de leercurve: er lijkt een vicieuze cirkel te ontstaan, waarbij de winst van verdere miniaturisatie teniet wordt gedaan door de negatieve bijverschijnselen.

Nieuwe materialen zullen daarin ook niet snel verandering brengen. Op de chips van de komende jaren zal silicium worden gecombineerd met verschillende materialen, die elk een bepaald aspect van de werking van een chip beïnvloeden. Zoals minder warmteontwikkeling of hogere schakelsnelheid. Dit is al enige tijd gaande, volgens Koopmans: ‘Chips hebben al de helft van alle elementen uit het Periodiek Systeem in een of andere vorm aan boord.’

 

  1. Reële vooruitgang

Betekent dit dat we tien onvruchtbare jaren tegemoet gaan, zonder innovaties die snellere, krachtiger chips nodig hebben? Integendeel. De industrie zal de handen vol hebben aan twee trends die de mensheid daadwerkelijk vooruit kunnen helpen.

 

Allereerst de verdere ontwikkeling van zogenoemde embedded systemen. Dat is elektronica die is voorzien van sensoren die iets signaleren en meten. Denk aan brandmelders, de bloeddrukmeter voor thuisgebruik, de botsingsensor in de airbag, touchscreens, de pixels op de beeldsensor in een camera, de sensor die het beeld van je tablet en smartphone laat meekantelen als je hem op zijn kant zet. Nog een stap verder is het zogenoemde ‘lab-on-a-chip’, letterlijk een chemisch laboratorium op de schaalgrootte van enkele duizendsten van een millimeter, gekoppeld aan een chip. Zo’n methode, die door het VU Medisch Centrum is ontwikkeld om in een druppel bloed vast te stellen of iemand kanker heeft, zal waarschijnlijk worden ondergebracht in zo’n chip. En daar hebben we met zijn allen meer aan dan aan een Google Glass of Apple Watch.

Hoe meer signalen zulke chips gaan doorgeven, hoe groter de datastromen worden die van mensen en van apparaten naar rekencentra gaan. Daarvoor zijn snelle glasvezelverbindingen nodig. Connectiviteit van apparaten wordt belangrijker dan hun eigen rekensnelheid.

 

Een tweede trend is dat elektronica wordt verdrongen door fotonica. De ‘verglazing’ van het internet (koperdraad wordt glasvezel) is een eerste stap. De snelheid en de bandbreedte van licht is groter dan die van elektrische signalen, en het heen en weer sturen van fotonen kost veel minder energie dan van elektronen.

Voor de chips is er nog wel een stevig praktisch probleem op te lossen, als ze met licht gaan werken. Want licht wil graag rechtdoor, en op een kleine chip moet het juist vaak de bocht om. Elektronen hebben daar minder moeite mee.

 

Al die communicerende sensors en apparaten willen net als wij hun data in de cloud bewaren. Fysiek gezien zijn dat grote datacentra die een daverende hoeveelheid elektriciteit verbruiken. Het datacentrum van Google in de Eemshaven verrijst vlakbij een bestaande energiecentrale omdat het een vermogen vergt van 120 megawatt. Dat is 960 gigawattuur aan stroomverbruik per jaar, vergelijkbaar met dat van 400.000 huishoudens, ongeveer de stad Amsterdam.

Hier moet de eerder genoemde spintronica uitkomst bieden, zegt Koopmans: ‘We werken aan nieuwe geheugenchips die ultrasnel en uiterst energiezuinig data opslaan.’ Daarnaast werkt de TU-Eindhoven aan een manier om de datastroom die door glasvezel binnenkomt direct magnetisch op te slaan, zonder tussenkomst van elektronica. ‘Dat gaat sneller en scheelt veel energie’, zegt Koopmans. Zijn optimisme is gebaseerd op een recente doorbraak in de techniek van het magnetiseren, namelijk met een hele korte laserpuls. Koopmans: Als de “spin” van een binnenkomend foton is bepaald, dan kun je een elektron in het magnetische geheugen dezelfde spin geven met zo’n laserpuls.’

De fotonica- en spintronicarevolutie zal niet al morgen uitbreken. De elektronische chip van silicium blijft nog wel even. Denk aan de stoomlocomotief. De laatste werd pas in 1958 buiten dienst gesteld, terwijl de eerste elektrische locomotief al reed in 1879. Maar er zitten veel spannende zaken in de pijplijn.

 

Auteursomschrijving

Erwin van den Brink is oud-hoofdredacteur van De Ingenieur, Natuurwetenschap en Techniek en Technology Review Nederland. Hij schrijft over industriële trends en innovatie.

Kader 1

De tijdelijke vertraging aan het chipsfront kan ook voordelig uitpakken voor kleinere bedrijven. Andrew ‘Bunnie’ Huang, een Amerikaan die in 2002 naam maakte door de Xbox te hacken, gaf in het gezaghebbende vakblad IEEE Spectrum een verrassende draai aan het toekomstbeeld. Door de stagnatie in rekensnelheid, aldus Huang, verdwijnt de noodzaak om onze apparaten elke paar jaar te vervangen door snellere versies. Dat stelt het midden- en kleinbedrijf beter in staat om voor die apparaten allerlei nieuwe producten en diensten te ontwikkelen. Dat geeft innovatie een sterke impuls.

Oude tijden keren terug. Vóór het digitale tijdperk kon een technicus elk apparaat namaken omdat het in feite ‘open source’ was. Hij schroefde het open en kon de componenten en hun functie met het blote oog identificeren: een weerstand, een diode, een transistor. De fabrikant leverde in de handleiding van een nieuwe radio ook trouw een diagram mee van de elektrische circuits. Kom daar maar eens om bij een processor met ‘Intel Inside’: letterlijk een black box.

Huang: ‘Er komt nu een tijd aan waarin het innovatietempo in ICT weer is bij te benen voor technici in kleine bedrijven. Het zal de open hardwarebeweging in staat stellen heel diep door te dringen in het elektronisch ontwerp van componenten.’ De black box gaat weer open.

 

Kader 2

De spin in het web

Casper Juffermans noemt het Belgische Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (IMEC) in Leuven als de plek waar de hele wereld samenkomt voor onderzoek naar nano-elektronica en -fotonica. De grote chipproducenten en technologiebedrijven zitten er als sponsoren op de voorste rij. Maar ook de internationale researchwereld, de engineeringwereld en de grote apparatenbouwers als ASML en Applied Materials zijn nauw betrokken bij IMECs onderzoek naar nieuwe materialen en ontwikkeling van nieuwe apparaten. Er werken zo’n 2.200 mensen.

 

De warme fabriek: herindustrialisatie van onze binnensteden

 

 

warmefabriek2000-12_Manufacturing_on_demand

warmefabriek

 

Siemens werkt aan industriële schaalverkleining

De warme fabriek

Industriële schaalverkleining door nieuwe productietechnieken en verdere informatisering brengt de fabricage in de toekomst terug naar de stad. Zoals er nu dankzij desktop publishing al boeken worden gedrukt in een oplage van een exemplaar, zo is straks voor bepaalde goederen serieproductie in partijen van één mogelijk. Manufacturing on demand: de meest extreme vorm van just in time en lean production samen. Ook in dit tijdperk wil Siemens wereldleider in machinebouw blijven.

Tijdens het Industry Press Forum communiceert Siemens elk jaar twee dagen lang via een paar hon- derd uitgenodigde vertegenwoordigers van vooral technische vakbladen met zijn wereldwijde klantenbasis, de maak- en procesindustrie, de energieconversie-in- dustrie en de logistieke dienstverlening. Dit jaar gebeurde dat in Chicago. Die klan- ten hebben veel kapitaal geïnvesteerd in machineparken die vaak door Siemens zijn gebouwd. Die willen natuurlijk horen hoe ze hun installaties zo lang mogelijk compatibel houden met oprukkende nieuwe techniek. En dus is ‘de fabriek van de toekomst voor 90 %’ gebaseerd op de fa- briek van vandaag. Siemens’ concept voor industriële automatisering (Totally Integrated Automation) beoogt bijvoorbeeld automatisering volledig te integreren in bestaande, conventionele productietechniek. Meestal is daarbij een grootschalige productielijnen uiteindelijk een assemblagelijn gebruikelijk. Vanwege de afmetin- gen van de fabriek werden ze buiten stad of dorp gebouwd, waardoor een scheiding ontstond tussen wonen en werken.

Maar volgens Gerhard Schulmeyer, president-directeur van de Siemens Corporation in de VS (70 000 werknemers), ‘komt productie in het informatietijd- perk terug naar de stad’. Wat hij daarmee bedoelde, werd duidelijk uit het verhaal dat dr. Thomas Grandke, de hoogste baas van Siemens Corporate Research in de VS, vervolgens hield. Zoals de brood- fabriek uit de jaren zestig terrein heeft prijsgegeven aan de warme bakker, zo ontstaan er in de niet al te verre toekomst ‘warme fabrieken’. In feite wordt op den duur door deze schaalverkleining ten gevolge van nieuwe productietechnieken de fabricage van dingen in de bebouwde omgeving grotendeels onzichtbaar.

Informatie-oceaan

Grandke spreekt in dit verband over fluid software en metered manufacturing. U maakt uw eigen spullen en u wordt afgerekend in ‘gemeten fabricage’. Programmatuur wordt volgens hem een utility, een openbare nutsvoorziening die zoals stroom in kilowatturen en wa- ter in kubieke meters in bulkhoeveelhe- den wordt ‘gemeten’ en afgerekend. In- ternet wordt een ‘informatie-oceaan’. On line is nu nog bijzonder en noemens- waardig, maar straks werkt iedereen standaard on line. De aanduiding zal uit ons bewustzijn en als zegswijze in het taalgebruik verdwijnen.
Informatie als nutsvoorziening is logisch aangezien behalve energie voor het ma- ken van dingen juist steeds meer informatie nodig is. Stel: u woont in een oud huis waarvan de deuren karakteristieke ‘voor- oorlogse’ deurkrukken hebben. Er breekt zo’n kruk af. Nu gaat u naar de goed gesorteerde ijzerhandel en die heeft iets nostalgisch, maar dat lijkt er slechts in de verste verte op. In de toekomst tast een apparaat de vormen van de antieke deurkruk drie- dimensionaal af of u plukt hem van een web-catalogus. U voorziet deze data van productspecificaties en fabricage-instructies voor de, laten we zeggen, ‘productie-automatiek’, de ‘fabromaat’, die u toevallig aantreft tussen de afhaalchinees en Home Pizza een paar straten verderop. Patricia Moody en Richard Morley voorspellen in hun boek The Technology Machine. How manufacturing will work in the year 2020 eveneens de terugkeer van de fabricage naar de stad. Als voorbeeld noemen zij een printer die in plaats van met een ink-jet met een straaltje vloeibaar staal ‘schrijft’, maar dan in drie dimensies. Die printer is in staat om op bestelling een metalen voorwerp te maken. De daarvoor gebruikte hoeveelheid software is bulk afgerekend. Samen met de software die allerlei huishoudelijke apparaten verbrui- ken. Want zoals uw pc nu on line ongemerkt de laatste virusscanners van Internet afhaalt, zo tappen straks intelligente, huishoudelijke apparaten behalve stroom ook data af om zichzelf bij de tijd te houden – via het stroomnet zelf of via draadloze datanetwerken met behulp van Wireless Application Protocols (WAP’s).

Stofzuigrobot

Infotizing noemt Grandke dat, distributed processing. De ‘intelligentie’ waar- mee de stofzuigrobot uw huis ‘doet’, hoeft niet in het apparaat zelf te zitten, maar bevindt zich ergens op Internet. Zo kent de robot de indeling van uw huis, weet hij waar de meubels staan, waar de tapijten  liggen  en de kat niet moet plagen .  Apparaten worden volgens Grandke steeds slimmer: ze onderhouden zelf hun eigen programmatuur. ‘De concepten van fluid software en metered manufacturing kenden wij twaalf maanden geleden nog niet.’ Met ‘wij’ doelt hij behalve op Siemens op de universiteiten van Berkeley en Princeton en de National Science Foundation, waarmee Siemens in dit verband nauw samenwerkt.
 De belangrijkste drijvende krachten zijn, aldus Grandke, nog steeds de snelle toename van rekenkracht en distributed processing – het besturen van apparaten met behulp van netware. Daarnaast bewaken en onderhouden de slimme apparaten zichzelf. Ze zijn ‘intelligent’ in die zin dat ze zelf bepalen welke software-updates zij van het net halen. Als u lange afstanden reist, zet uw horloge zichzelf gelijk op de lokale tijd.
 De derde drijvende kracht is, volgens Grandke, de merging of media: het onderscheid tussen televisiekabel en het telefoonnet voor spraak en data verdwijnt. Telefoneren via Internet en het net opgaan via gsm zijn reeds mogelijk. In de VS zitten al FM-radiostations op Internet. Televisie-uitzendingen, real time of als te downloaden bestanden, verdrin- gen binnen afzienbare tijd de officiële zendgemachtigden via ether en kabel. Uitgevers van gedrukte media kunnen zich via hun website gaan gedragen als audio-visuele media: zo publiceert het tijdschrift Wired op zijn site interviews als MP3-geluidsbestanden (zie pag. 38). De vierde drijvende kracht is beeldtechniek; misschien is verbeeldings- of uitbeeldtechnologie een betere term. Grandke: ‘We weten dat het menselijke brein visueel veel complexere informatie kan verwerken dan in tekst.’ Als vijfde drijvende kracht noemt hij siliciumcarbiet (SiC) in plaats van silicium als halfgeleidermateriaal in vermogenselektronica. Hiermee zijn veel hogere voltages en werktemperaturen mogelijk. Gentechnologie is de zesde stuwende kracht.

Codetaal

‘Voor de werkomgeving betekenen deze ontwikkelingen bijvoorbeeld dat je voor het programmeren en instrueren van ap- paraten geen codetaal hoeft te beheersen. Coderegels schrijven is ingewikkeld, tijdrovend en foutgevoelig. Straks laat je een apparaat een bepaalde repetitieve handeling eenmaal extern bestuurd uit- voeren en daarmee is dan de programmering voltooid.’ Programming Automation by Demonstration (PAD) heet dat bij Siemens: programmeren is straks wei- nig meer dan (het apparaat) de gewenste handeling voordoen of laten voordoen. In de infotized factory hoeft de storings- monteur geen controlepaneel af te lezen, maar draagt hij een pak en helmdie hem, al naar gelang waar hij zich bevindt, in- formatie geeft over de installatie-onder- delen waar hij bij staat. Al die onderdelen hebben namelijk intelligente sensoren die in verbinding staan met het pak van de monteur. In huis kunnen zulke intelligente sensoren iemand van de trap zien vallen en herkennen hulpgeroep te mid- den van andere huiselijke geluiden en kunnen ondersteuning bieden bij thuis- zorg voor het groeiend aantal ouderen. Ze onderscheiden een bewoner van een inbreker, ook als de bewoner de balkondeur forceert om binnen te komen, om- dat hij de sleutel is vergeten.
Of er nog vragen waren, wil Grandke weten als hij zijn presentatie heeft beëindigd. Het blijft stil, muisstil. Of het dan in de toekomst ook mogelijk is om(indach- tig het klik-concept van de Smart-carrosserie) complete auto’s te assembleren in de garage om de hoek, werp ik op. Grandke: ‘Een goede vraag. Ik denk dát nog niet, maar wel allerlei kleinere con- sumptiegoederen.’ De klanten van Siemens zijn gewaarschuwd. ●

 

Siemens geeft topprioriteit aan interne milieuzorg (1994 16)

Siemens_halogeenvrij1994 16

 

 

(STREAMER)

NIEUWE HALOGEENVRIJE KUNSTSTOF VOOR PCB’S + VLOEIBAAR CHEMISCH AFVAL BIJ PRODUKTIEPROCESSEN TERUGGEDRONGEN

 

(RUBRIEK)

INNOVATIEF

 

(chapeau)

Siemens geeft topprioriteit aan interne milieuzorg

 

(Kop)

Geen pc meer op de vuilnishoop

 

(intro)

De Duitse overheid neemt harde maatregelen om producenten te dwingen hun verantwoordelijkheid te nemen in het terugdringen van de almaar groeiende huishoudelijke afvalstroom. Siemens besloot van de nood een deugd te maken en investeerde in nieuwe milieutechnieken.

 

– Erwin van den Brink –

 

(klein en vet)

De auteur is redacteur van De Ingenieur.

 

Siemens heeft als grote industriële producent in Duitsland met twee categorieën milieuverontreiniging te maken. In het wes­ten loopt het moderne consumptiepatroon spaak en dwingt de overheid Siemens als producent van consumentenelektronica zijn aandeel te nemen in het verminderen van de huishoudelijke afvalstro­men. In het voormali­ge Oost-Duitsland heeft Siemens bedrijven opgekocht waarvan de produktieprocessen zó vervuilend zijn dat wij die als ‘voor­oorlogs’ zouden kwalificeren. Interne milieu­zorg is vooral daarom bij Siemens topprioriteit. Het feit dat de maximum gevangenisstraf voor milieudelicten in Duitsland wordt verhoogd van vijf naar tien jaar, is daar niet vreemd aan, aldus dr. Wolf-Eberhard Schiegl hoofd van het stafbureau voor mi­lieube­scherming binnen de concernafdeling Produktie en Logis­tiek.

Duitsland loopt in Europa voorop in maatregelen die ertoe moeten leiden dat de afvalstroom kleiner wordt. De maatregelen die moeten leiden tot het hergebruiken van gescheiden facties in het huisvuil zijn daarbij niet onomstreden, maar de industrie beschouwt zulke affaires als aanloopproblemen en heeft zich er, zo bleek tijdens een rondreis langs enkele Siemensvestigingen, volledig mee verzoend dat milieukosten verdisconteerd gaan worden in de produktieprocessen. Die kosten dienen dus zoveel mogelijk te worden uitgebannen.

De nieuwe verordening op ‘elektronisch afval’ kan de internationale concurrentiepositie van de Duitse industrie aanvanke­lijk onder­mijnen, maar soortgelij­ke maatregelen zullen op Europees en wereldhandelsniveau ongetwijfeld niet uitblijven. Degene die nu zijn research richt op deze problematiek heeft dan een voorsprong, meent dr. Peter-Jörg Kühnel, hoofd Product Recycling bij Siemens.

De nieuwe overheidsmaat­regel verplicht detailhandel en fabrikant om afgedankte elek­tronica en elektrische appara­ten terug te nemen van de gebrui­ker. Siemens ziet dit niet als een eigen bedrijfsactiviteit, maar verwacht dat er steeds meer gespecia­liseerde ‘ontmantelingsbedrijven’ zullen komen. Volgens Schiegl werkt dit beter dan het statiegeldsysteem: ‘Statiegeld op verpakkingen kost de Duitse economie vier miljard D-Mark per jaar.’ De opzet van de hele logistieke keten staat echter nog in de kinderschoenen.

In de Benelux, Frank­rijk, Zwit­ser­land en Oosten­rijk zijn of worden soortge­lijke verorde­ningen voor de verwer­king van ‘elektro­nisch afval’ van kracht. Medio 1995 wordt in Nederland een Algemene Maatregel Van Bestuur (AMVB) van kracht die verwijst naar het hoofdstuk afval­stoffen in de Wet Milieuhygine. Die AMVB maakt producen­ten van wit- en bruingoed, volgens het minis­terie van VROM, ‘con­form het beleid van de wieg tot het graf ver­antwoor­delijk voor hun produkten’.

De Siemens Nixdorf PCD 4L personal computer (waarvan de materia­len voor 90 % zijn te herge­bruiken) zou dit bedrijf het zo vurig gewenste succes op de pc-markt kunnen geven indien óók het consu­mentenge­drag steeds ‘groe­ner’ wordt. Doordat de produktcycli van elektronica (met name personal computers en consumentenelektronica) en elektrische huishoude­lijke produkten steeds korter worden, dreigt de afvalberg ons boven het hoofd te groeien. Alleen al in Duits­land wordt elk jaar 1,5 miljoen ton afval van elektronische en elektrische apparaten geproduceerd. Volgens Hansjürgen Kreft, jurist bij het Duitse ministerie voor Milieu, zullen hergebruikvriendelijke apparaten over drie tot vijf jaar beschikbaar zijn. Zij zullen dan zo rond 2005 opgebruikt zijn. Voor pc’s zal dat eerder zijn.

Vooral het feit dat de levenscyclus van computers door de komst van steeds nieuwe generaties en snellere processoren in hoog tempo wordt verkort, staat haaks op het hergebruikstreven. Kühnel denkt dat dit dilemma is op te lossen door een andere afzetconstructie: niet meer gewoon verkopen, maar produkten leasen. De fabrikant, die eigenaar van het apparaat blijft, kan verouderde produkten innemen, renoveren en weer opnieuw op de markt brengen. Bij de afzet van fotokopieerapparaten heeft die construc­tie geleid tot stelselmatige verbeteringen in de apparatuur.

 

Nieuwe brandvertragende kunststof

Probleem blijft het in de apparaten verwerkte plastic. Dat zal bij een produktrenovatie onvermijdelijk moeten worden vervangen. Volgens Kühnel is het niet economisch kunststof onderde­len opnieuw te gebruiken. Afgedankt materiaal levert het meeste op door het te ver­branden. Zo wordt er tenminste nog nuttige energie uit gehaald.

Probleem is dat veel van de in elektronica verwerkte kunststof een halogeenverbinding bevat waardoor deze materialen voor 8 tot 10 % bestaan uit broom. Door deze verbindin­g wordt het materiaal brandvertragend gemaakt. Bij verbranding kan giftig gebroomeerd dibenzo­dioxine en dibenzofuran vrijko­men -verbindingen waartoe de beruchte ‘Seveso-vergif­ten’ eveneens behoren. Bo­vendien wordt in sommig materiaal het broomgehalte verlaagd door toevoeging van antimoontrioxide waarvan wordt aangenomen dat het kankerverwekkend is.

Om een alternatief te vinden voor de broomverbinding heeft Siemens een onderzoeksproject opgezet samen met Bayer en Hoechst, gesteund door het ministerie voor Onderzoek en Technologie, het Instituut voor Stralingsonderzoek, de universi­teit van Bayreuth en het Kunststofinstituut in Darmstadt. In het aldus ontwikkelde nieuwe materiaal zorgen een fosfor- en een stikstof­ver­bin­ding voor de brandvertragendheid. De gassen die het materiaal tijdens verbranding afgeeft, zijn minder brand­baar. Bovendien verhinde­ren zij dat de hitte van de vlam het materiaal bereikt doordat zij een glasachtige isolerende film op het oppervlak vormen.

Bayer en Hoechst kunnen het als zij willen op de markt brengen. Sie­mens heeft niet het alleen­recht, zegt dr. Wolfgang Rogler van de onder­zoek- en ontwikke­lingsafdeling van het concern. Het materiaal is even­wel (nog) niet te koop. De kennis die Siemens heeft omtrent de toepas­sing geeft het bedrijf volgens Rogler een voorsprong van twee tot drie jaar op de concurrenten. De ontwikkeling van PAIC (polyaminoarylisocyanuraat) heeft zo’n f 17 miljoen gekost. Een tamelijk bescheiden bedrag, maar de grote concur­rentie van polymeren uit het Verre Oosten ver­kleint de mogelijkheid tot grote investeringen in dergelijke projec­ten, aldus Rogler.

 

Vermindering van de afvalstroom

De succesvolle introductie van nieuwe halogeenvrije brandvertragende materialen voor het persen en gieten van omhulsels en voor pcb’s (printed circuit boards) hangt af van de prijs. Siemens schat dat de prijs 20 % tot 30 % hoger zal zijn dan die van de huidige mate­rialen, mits op grote schaal toegepast – anders is de prijs nog veel hoger. Maar bij verrekening in de totale produktie van een apparaat gaat het om een prijsverhoging van het produkt van 0,2 % tot 0,4 %.

Bij de fabricage van pcb’s is een ‘snijverlies’ van 30 % van het materiaal normaal. Bij de fabricage van omhulsels van micro-elekt­roni­ca gaat gemiddeld 40 % tot 50 % van het materiaal verloren, soms zelfs 80 %. Als het materiaal een halogeenverbinding bevat, valt het onder de categorie ‘gevaarlijk afval’. De verwerking daarvan kost in Duitsland nu reeds tussen de f 1700 en f 2250 per ton. Alleen al bij de assemblage van pcb’s komt in Duitsland jaarlijks 25 000 ton afval vrij.

Toepassing van kunststoffen die bij verbranding niet toxisch zijn, is dus niet alleen van belang in verband met vernietiging van door huishoudens afgedankte apparaten, maar ook vanwege de milieukosten van produktieprocessen. Bij het verminderen van de eigen afvalstroom gaat het bij Siemens echter vooral om het terugdringen van vloeibaar chemisch afval. Een fabriek waarin alumini­um delen worden geëtst produceerde enkele jaren geleden nog 18 000 m3 afvalwater en 7000 ton sludge per jaar. De vervanging van de etslijn zou f 1,9 miljoen kosten en de exploitatie f 2,8 mil­joen per jaar. Besloten werd f 1,3 mil­joen te investe­ren in een procedé waarmee uit de ge­bruikte etsvloe­istof het oor­spron­kelijk zuur en het opgeloste alumini­um kon worden terug­gewon­nen via een proces van diffu­siedialy­se. Het zuur kan worden hergebruikt en het teruggewon­nen aluminium wordt tegen trans­portkosten verkocht. De exploi­tatiekosten daalden tot 700 000 gulden per jaar. Dergelijke initiatieven worden genomen, aldus dr. Schiegl, omdat milieuzorg, analoog aan kwaliteits­zorg, is gencor­poreerd in de bedrijfs­voering, bijvoorbeeld door een gestandaardiseerde procedure voor het ontwerpen van produkten die beoogt milieuk­osten te minimalise­ren.

 

Schoner produktieproces

Bij bestaande produkten kan vaak het produktieproces schoner worden gemaakt zonder dat veel aan het produkt wordt gesleuteld. Een van de kwaliteitsprodukten waarmee het voormalige Oost-Duitsland in het westen kon concurreren waren de in Rudolstadt gefabriceerde röntgenstraalbuizen. Volks Eigener Betrieb (VEB) ‘Phönix’ was voor de Tweede Wereldoorlog een Siemensvestiging. Siemens nam het in augustus 1991 voor het symbolische bedrag van één D-Mark over van de Treuhandanstalt. Het bedrijf heet nu weer Siemens Röhrenwerk GmbH. Het feit dat in Rudolstadt de prijs van water (dat voorheen gratis was) werd gesteld op zes gulden per kubieke meter, was een duide­lijke aanmoediging om het waterverbruik bij het galvani­seren van metalen onderdelen van de röntgenbuizen te verminde­ren. In het vernieuwde proces wordt geen glycerol meer ge­bruikt. Ook wordt al het afvalwater van de afzonderlijke galvaniseerstadia niet meer aan het einde van de produktielijn verzameld, maar wordt het binnen elk stadium zoveel mogelijk gezuiverd van nikkel, dan wel chroom dan wel ko­per. De hoe­veelheid afvalwa­ter is verminderd van 500 tot 45 m3 per week, een afname van 90 %. Bij een waterprijs van f 6 levert dat een kostenbespa­ring op van ruim een half miljoen gulden per jaar. De investe­ring bedroeg ongeveer f 1,5 miljoen en wordt dus in drie jaar terugverdiend. Ook hier blijkt schoon produceren commer­cieel de meest verstandige weg.

 

 

 

<fotobijschrift>

(Foto: Siemens, München)

Siemens Rudolstadt werkt met een vernieuwd, milieuvriendelijker proces voor het galvaniseren van metalen onderdelen van röntgenstraalbuizen.

 

<deze foto eventueel, bijschrift>

(Foto: Siemens, München)

De hoeveelheid afvalwater bij de produktie van röntgenstraalbuizen is verminderd met 90 %.

 

(bijschrift bij illustratie)

 

(Bron: Siemens)

Dit zijn de structuurformules van nieuwe materialen voor pcb’s en bekledingsmaterialen. Bij verbranding komen geen halogeenverbindingen vrij.