Studie beleuchtet ökologischen Fußabdruck von Gesundheitselektronik
Eine Studie zeigt, dass bei Gesundheitselektronik vor allem die Elektronik in den Geräten die Umwelt belastet.
(Bild: Guguart / Shutterstock.com)
Forscher haben erstmals den ökologischen Fußabdruck von Wearables für den Gesundheitsbereich systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen: Nicht Kunststoffe, sondern die Elektronik selbst ist das Hauptproblem.
Tragbare Gesundheitselektronik wie kontinuierliche Glukosemonitore, EKG-Pflaster oder mobile Blutdruckmessgeräte verbreitet sich zunehmend. Forscher der University of Chicago und Cornell University haben nun in einer in Nature veröffentlichten Studie untersucht, welche Umweltauswirkungen diese Geräte haben – von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung.
Prognose: Bis zu 2 Milliarden Geräte jährlich
Die Wissenschaftler analysierten in ihrer Studie vier Gerätetypen: nicht-invasive kontinuierliche Glukosemonitore (nCGM), kontinuierliche EKG-Monitore (CEM), Blutdruckmonitore (BPM) und tragbare Ultraschallgeräte (POCUS). Für ihre Prognosen verwendeten sie das Bass-Diffusionsmodell, ein etabliertes Verfahren zur Vorhersage von Technologieadoption.
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Im moderaten Szenario kommen die Forscher auf knapp 2 Milliarden Geräte jährlich bis 2050 – eine 42-fache Steigerung gegenüber dem heutigen Stand. Die hohe Zahl erklärt sich vor allem durch die kurze Lebensdauer vieler Geräte: Ein Glukosemonitor etwa wird nach 14 Tagen entsorgt und ersetzt. Ein einzelner Nutzer verbraucht so rund 26 Geräte pro Jahr.
Die Unsicherheit der Prognose ist allerdings erheblich. Zwischen konservativem und aggressivem Szenario liegt ein Faktor 12 – von 0,5 bis 6 Milliarden Geräten jährlich.
1 bis 6 Kilogramm CO₂ pro Gerät
Für die Umweltbewertung nutzten die Forscher eine Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment, LCA), die alle Phasen von der Rohstoffgewinnung über Fertigung und Nutzung bis zur Entsorgung erfasst. Als Maß für die Klimawirkung dient das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP), angegeben in CO₂-Äquivalenten. Dabei werden verschiedene Treibhausgase auf ihre CO₂-Wirkung umgerechnet.
Die Ergebnisse im Einzelnen:
| Gerät | CO₂-Äquivalent pro Stück |
| Blutdruckmonitor (BPM) | 1,06 kg |
| EKG-Monitor (CEM) | 1,30 kg |
| Glukosemonitor (nCGM) | 1,94 kg |
| Ultraschall-Patch (POCUS) | 6,11 kg |
Hochgerechnet auf die prognostizierten Stückzahlen ergeben sich im moderaten Szenario jährliche Emissionen von 3,4 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent bis 2050.
Leiterplatte dominiert die Bilanz
Ein zentrales Ergebnis der Studie: Der größte Teil der Umweltbelastung entfällt nicht auf Gehäuse oder Verpackung, sondern auf die flexible Leiterplatte (FPCB) mit ihren elektronischen Komponenten. Bei einem Glukosemonitor verursacht diese Baugruppe 96 Prozent des gesamten CO₂-Fußabdrucks. Allein die integrierten Schaltkreise (ICs) sind für 63 Prozent verantwortlich.
Die Halbleiterfertigung ist energie- und materialintensiv. Besonders ins Gewicht fällt Gold, das für Kontakte und Leiterbahnen in ICs verwendet wird. Der Goldabbau verursacht laut Studie etwa 49.000 kg CO₂-Äquivalent pro Kilogramm – mehr als das Hundertfache von Kupfer oder Aluminium. Hinzu kommen erhebliche Auswirkungen auf Ökosysteme durch die Goldgewinnung.
Plastikersatz bringt wenig
Die Forscher untersuchten verschiedene Strategien zur Reduktion der Umweltbelastung. Das Ergebnis widerspricht gängigen Annahmen: Der Ersatz herkömmlicher Kunststoffe durch biologisch abbaubare Alternativen wie Polymilchsäure (PLA), Zellulose oder Stärke verbessert die CO₂-Bilanz nur um 2 bis 8 Prozent.
Deutlich wirksamer wäre der Ersatz von Gold durch andere Metalle wie Silber, Kupfer oder Aluminium. Die Forscher beziffern das Einsparpotenzial auf bis zu 30 Prozent beim CO₂-Fußabdruck und über 60 Prozent bei der Ökotoxizität. Die geringere Korrosionsbeständigkeit dieser Metalle spiele bei kurzlebigen, eingekapselten Einweggeräten kaum eine Rolle.
Modulares Design als effektivste Maßnahme
Den größten Effekt hätte laut Studie ein modularer Geräteaufbau. Bei einem Glukosemonitor begrenzt nicht die Elektronik die Lebensdauer, sondern der Enzymsensor, der nach etwa zwei Wochen ungenau wird. Dennoch wird das gesamte Gerät entsorgt.
Würde man nur Sensor und Batterie austauschen und die Elektronik weiterverwenden, ließe sich der CO₂-Fußabdruck pro Nutzungszyklus um mehr als 60 Prozent reduzieren. Eine Verdreifachung der Lebensdauer der Steuerungseinheit brächte ähnliche Einsparungen.
| Maßnahme | CO₂-Reduktion |
| Modulares Design (3-fache Lebensdauer) | 54–62 Prozent |
| Erneuerbare Energien (Szenario 2035) | 45–52 Prozent |
| Goldersatz durch Silber | 18–28 Prozent |
| Plastikrecycling (100 Prozent) | 2,6–7,7 Prozent |
Die Studie weist auch auf das Elektroschrott-Problem hin. Bis 2050 könnten die untersuchten Gerätetypen zwischen 100.000 und 1,3 Millionen Tonnen Elektromüll erzeugen. Die kleinen, komplexen Geräte würden häufig im Hausmüll statt in der fachgerechten Entsorgung landen.
Ein intensiver Nutzer von EKG-Pflastern produziert laut den Berechnungen 886 Gramm Elektroschrott pro Jahr – mehr als der globale Durchschnitt für kleine IT-Geräte wie Smartphones und Router zusammen (570 Gramm).
Einschränkungen der Studie
Die Forscher weisen selbst auf methodische Grenzen hin. Die Analyse erfasst die direkten Umweltauswirkungen der Geräte, nicht aber systemische Effekte. Ob etwa Wearables konventionelle Arztbesuche oder andere Geräte ersetzen und damit Emissionen einsparen, wurde nicht untersucht.
Auch die Datenbasis für einige Komponenten wie Biomoleküle in Sensoren ist lückenhaft. Die Langzeitprognosen sind mit erheblichen Unsicherheiten behaftet, da sie von schwer vorhersagbaren Faktoren wie Adoptionsraten, regulatorischen Entwicklungen und technologischen Durchbrüchen abhängen.
Die Studie erschien am 31. Dezember 2025 in Nature unter dem Titel "Quantifying the global eco-footprint of wearable healthcare electronics".
(mack)
