Projekt 11910/01

Recycling und Entsorgung von langlebigen Fluorkohlenwasserstoffen

Projektträger

centrotherm GmbH + Co. KG Elektrische Anlagen
89136 Blaubeuren
Telefon: 07344/951-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Fluorkohlenstoffverbindungen werden in steigendem Umfang (z. B. als Ätzgase in der Mikroelektronik) in industriellen Prozessen eingesetzt. Die geringe Reaktivität dieser chemischen Verbindungen bewirken bei Emission einen Treibhauseffekt, der den des CO2 um ein Mehrtausendfaches übersteigt. Effiziente und wirtschaftliche Abgasreinigungssysteme für die Entsorgung der im Produktionsprozess nicht umgesetzten Verbindungen und der bei Plasmaprozessen unkontrolliert entstehenden teilweise hochtoxischen C-F-Verbindungen sind für die betroffenen Industriezweige nicht verfügbar. Zielstellung des Projektes ist es, fluorhaltige Abprodukte unter energetisch günstigen Bedingungen vollständig so umzusetzen, dass hausmüllartige Endprodukte gebildet werden und die Betriebskosten gegenüber thermischen Verfahren nach dem Stand der Technik deutlich reduzierbar sind.Im Projekt sind neue technologische Lösungen zur Vermeidung oder Verminderung der Emission und reaktiven Entsorgung von insbesondere
· gesättigten, langlebigen Fluorkohlenstoff- und Fluorkohlenwasserstoffverbindungen (CF4, C2F6, C3F8, CHF3, CH2F2, CH3F);
· anderen Fluorverbindungen (SF6, NF3, ClF3);
· nicht verwertbarer Fluorkomponenten zu deponiefähigen Produkten;
im Labor- und Technikumsmaßstab zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben gliedert sich in folgende wissenschaftlich-technische Arbeitsschritte:
Verfahrens- und Vorrichtungsentwicklungen zur plasmachemischen Umsetzung in kleintechnischen mobilen Entsorgungseinrichtungen für die o. a. Fluorverbindungen. Dabei steht die Entwicklung von Alternativen zur bisher verfügbaren Anlagentechnik im Vordergrund. Grundlage sind auf erfolgreichen Vorversuchen aufbauende Mikrowellen-Verfahren; Entwicklung von Normaldruck-Plasmaverfahren zur plasmachemischen Aktivierung von Fluorverbindungen aus Abluftströmen; Mineralisierung von Fluorverbindungen über aktivierte chemisorptive Verfahren; Erarbeitung eines neuen Wäscherprinzips zur effizienten Entsorgung und Umsetzung von Fluorwasserstoff zu hausmüllähnlichen Abprodukten; Sicherstellung der notwendigen Verfahrens- und Anlagenanalytik, aufbauend auf bisher an ungesättigten Fluorkohlenstoffen gewonnenen Erfahrungen; Entwicklung eines Konzeptes zum Technologietransfer, um entwickelte Vorrichtungen in Abstimmung mit zuständigen Umweltbehörden bei industriellen Partnern zu testen.


Ergebnisse und Diskussion

Bei den F/E-Arbeitsschritten wurden von den Projektpartnern folgende Ergebnisse erzielt:
· Barriereentladung sind offensichtlich zur hocheffektiven Zersetzung von Fluorkohlenstoffen nicht geeignet.
· Erprobung verschiedener Mikrowellen-Quellen ergab in Abhängigkeit von der konstruktiven Gestaltung der Quellen sowie der Druckverhältnisse, der Leistungseinspeisung sowie der Eindosierung von Additiven zu den PFC´s gute, ausbaufähige Ergebnisse zur effektiven Entsorgung.
· Die technisch/technologische Konzeption zur reproduzierbaren Realisierung des Verfahrensprinzips wurde erarbeitet und mit einem hocheffektiven integrierten Nasswäscher (Wasserstrahlpumpe) zur Umsetzung von Fluorwasserstoff zu hausmüllähnlichen Abprodukten kombiniert.
· Reaktive Absorption an Festbettschüttungen mit einem geeignetem Sorbens für SF6-Vernichtung wurde erfolgreich getestet. Für die PFC-Mineralisierung konnte bei handhabbaren Temperaturen und den in der Industrie anfallenden Abgasmengen bei kommerziell interessanten Standzeiten aber keine Lösung gefunden werden.
· Ein Demonstrator (Trockenbettadsorber) für SF6 wurde entwickelt, aufgebaut und erprobt.
· Die Verfahrens- und Anlagenanalytik wurde aufgebaut, getestet und erfolgreich genutzt.
· Ein Konzept zum Technologietransfer wurde erarbeitet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

· Der Demonstrator für SF6-Mineralisierung wurde auf der Semicon Europe (April 2000, München) prä-sentiert.
· Ergebnispräsentation der plasmachemischen Umsetzung von PFC´s ist auf einschlägigen Fachmessen (Semicon Europe 2001, Semicon West 2001) sowie als wissenschaftlicher Publikationen in Fachzeitschriften (European Semiconductor, Solid State Technology u. a.) vorgesehen.
Die weitere anlagentechnische Umsetzung und industrielle Erprobung erfolgt in nachgeschalteten Entwicklungsetappen.


Fazit

Im Rahmen des Förderprojektes wurden Konzepte zur Abgasentsorgung von insbesondere in der Halbleiterindustrie anfallenden, die Atmosphäre belastenden Schadstoffen (Treibhauseffekt!) sowohl verfahrenstechnisch als auch anlagentechnisch im kleintechnischen Maßstab entwickelt und unter industrienahen Bedingungen an einer Versuchsanlage erprobt. Es wurden reproduzierbar Ergebnisse erreicht, die für die beteiligten mittelständischen Industriepartner Centrotherm Dresden und CS GmbH, Ismaning eine aussichtsreiche wissenschaftliche Basis für die Weiterentwicklung und für die erfolgreiche Vermarktung neuer Anlagenkomponenten zur effektiven Abgasbehandlung in der Halbleiterindustrie bilden. Darüber hinaus stellen die Ergebnisse des Verbundvorhabens eine tragfähige Ausgangsposition für die Übertragung dieses Abgasentsorgungskonzeptes auf industrielle Anwendungsfälle auch außerhalb der Mikroelektronik dar. Das Projekt ist ein sehr gutes Beispiel für erfolgreiche Kooperation zwischen mittelständischen Unternehmen und industrienahen Forschungseinrichtungen bei anspruchsvollen Technologieentwicklungen.