Recycling-Technologie verringert CO2-bezogene Emissionen ESK-SIC und Kyocera kooperieren bei nachhaltiger SiC-Herstellung

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KYOCERA Fineceramics Solutions GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Die Siliziumkarbid-Hersteller ESK-SIC und Kyocera Fineceramics Europe sind eine strategische Partnerschaft eingegangen mit dem Ziel, innovative Lösungen für die nachhaltige Herstellung von Siliciumcarbid und den damit verbundenen Endprodukten zu entwickeln.

Laut der Vereinbarung beider Unternehmen sollen Nebenabfälle und End-of-Lifetime-Keramiken mithilfe der „RECOSiC“-Technologie zu speziell auf die Endanwendungen konfektionierten Rohmaterialien recycelt werden. Diese von ESK-SIC gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut IKTS entwickelte Recyclingtechnologie erbringt laut Angaben der Kooperationspartner ein technologisches Upcycling im Vergleich zu aktuell am Markt verfügbaren SiC-Rohstoffen hinsichtlich materialwissenschaftlicher Aspekte, und dies bei minimiertem CO₂-Fußabdruck.

Siliziumkarbid gilt als Schlüsselmaterial für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen, unter anderem in der Elektronik- und Automobilindustrie sowie Energieversorgung. Die einzigartigen Eigenschaften von SiC, wie hohe Härte, thermische Beständigkeit und geringer Verschleiß, machen es zu einem unverzichtbaren Werkstoff in modernen Hochleistungsanwendungen. Die Kooperation zwischen ESK-SIC und Kyocera zielt darauf ab, die Effizienz und Nachhaltigkeit in der gesamten Wertschöpfungskette von Siliciumcarbid zu verbessern. Dies umfasst die Entwicklung neuer Fertigungstechnologien, die Optimierung von Produktionsprozessen, die Erforschung innovativer Anwendungen sowie die Etablierung von Kreislaufwirtschaftsprinzipien für das Recycling von SiC-Materialien.

RECOSiC: Kooperation mit Fraunhofer IKTS

Was genau steckt hinter der RECOSiC-Technologie? Seit mehr als 100 Jahren wird Roh-SiC für industrielle Anwendungen durch das sehr energieintensive Acheson-Verfahren hergestellt. Für die Produktion einer Tonne Roh-SiC werden dabei rund 7,15 MWh an elektrischer Energie benötigt. Gleichzeitig werden etwa 4,2 Tonnen CO₂ emittiert. 2,4 Tonnen dieser CO₂-Emissionen sind rein reaktionsbedingt, die restlichen 1,8 Tonnen CO₂ entstehen bei der Produktion der jeweils benötigten Energie zur Herstellung von einer Tonne SiC. Diese CO₂-Bilanz ist sehr konservativ, da die energiebezogenen Emissionen den europäischen Strom-Mix spiegeln. In anderen Regionen der Welt wie China, USA oder Russland) sind die Emissionen, welche bei der Energieerzeugung entstehen, deutlich höher.

Die hier dargestellte Problematik waren für ESK-SIC und das Fraunhofer IKTS Mitte der 2010er Jahre Antrieb und Aufforderung zugleich, die Herstellung und damit einhergehend den Lebenszyklus von SiC grundlegend zu überdenken und zu reformieren. Mit einem wachsenden Bewusstsein für prozessbezogene Emissionen, Ressourcenschonung und der, auch ökonomischen, Verpflichtung zu einem nachhaltigen industriellen Handeln führt kein Weg an der stofflichen Umwandlung bisheriger Abfallstoffe zu hochwertigem Neumaterial vorbei.

Nur eine Tonne CO₂ für das Recycling einer Tonne SiC

Der patentierte Prozess nutzt diverse Neben- und Abfallstoffe, die während der Acheson-Synthese, der Pulveraufbereitung und anschließenden Verarbeitung anfallen, um daraus SiC-Kristalle mit einer Reinheit von über 98 Prozent zu erzeugen. Die Produkte dieses Recyclingprozesses durchlaufen im Anschluss an die stoffliche Umwandlung zu technisch hochwertigem SiC die etablierten Pulveraufbereitungsverfahren. Sämtliche Materialkennwerte sind nach dem Recyclingverfahren identisch oder verbessert im Vergleich mit den marktgängigen Produkten. Einzig die CO₂-Bilanz zur Herstellung des Materials ist bedeutend verbessert. Zum stofflichen Recycling von einer Tonne SiC wird weniger als eine Tonne CO₂ emittiert. Zusätzlich fällt die Rohstoffbilanz deutlich besser aus, da fast vollständig auf den Einsatz von Primärrohstoffen verzichtet werden kann.

„Die Zusammenarbeit mit Kyocera eröffnet uns vielversprechende Perspektiven, um die Potentiale von RECOSiC weiter zu erschließen und nachhaltige Lösungen für zukünftige Herausforderungen zu schaffen“, sagt Matthias Hausmann, Geschäftsführer von ESK-SIC. „Gemeinsam werden wir an der Spitze der SiC-Innovation stehen und gleichzeitig einen Beitrag zur globalen Nachhaltigkeitsagenda leisten.“

Kyocera bringt seine umfassende Expertise in den Bereichen Materialwissenschaften, Elektronik und fortschrittliche Fertigungstechnologien in die Partnerschaft ein: „Die Kombination unserer Stärken ermöglicht es uns, die Entwicklung von technologisch hochwertigen SiC-Produkten voranzutreiben und Lösungen anzubieten, die den steigenden Anforderungen an Leistung, Effizienz und Umweltverträglichkeit gerecht werden“, sagt Dr. Nikolaos Katsikis, Director Research and Development (CTO) von Kyocera Fineceramics Europe in Selb. (cg)

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