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03 | 2019

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Luft Kosteneffizient

Luft Kosteneffizient Abgase in der Halbleiterindustrie reinigen Komplexe Produktionen in der Industrie erfordern oft eine angepasste Abgasreinigung. Diese Anlagen sollen gesetzlichen Regelungen erfüllen, leistungsfähig sein und wenig kosten. Um diese zu verwirklichen, sind die Technologien auf die jeweilige Anwendung abzustimmen. Wichtig ist eine ergebnisoffene Herangehensweise. Ein centrotherm-Mitarbeiter aus der Anlagenfertigung montiert eine Baugruppe für eine neue Anlagen. Weltweit sterben nach Angaben der WHO etwa sieben Millionen Menschen. jährlich an den Folgen der Schadstoffbelastung. Angesichts dessen sehen viele Unternehmen Abgasreinigung als ein kostspieliges notwendiges Übel an. Dabei birgt dieser Sektor große Potenziale – dann wenn es gelänge, Wärme aus Abgasen mit Hilfe von Wärmeüberträgern weiterzuverwenden und wenn Substanzen in den Abgasen stofflich oder zumindest energetisch genutzt werden können. Doch zuerst braucht es eine effiziente Abgasreinigungsanlage. Bereits jetzt erfordern komplexe industriellen Herstellungsprozesse mit verschiedenen Chemikalien ein hohes Maß an Flexibilität und Kombinationsfreiheit im Bereich der Abgasreinigungssysteme. Dadurch werden Sonderlösungen zum Normalfall, die je nach Anforderungen auf verschiedene Technologien zur Gasreinigung zurückgreifen können: In der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie werden vor allem folgende Reinigungstechniken genutzt: die thermische Behandlung, die Nasswäsche sowie die Trockenbettab- beziehungsweise -adsorption an Aktivkohlen oder Granulaten. Um hier eine hohe Effizienz hinsichtlich Reinigungsergebnis und Kosten zu erzielen, müssen die richtigen Verfahren ausgewählt und kombiniert werden. Alle relevanten Faktoren berücksichtigen Als Grundlage für die Entscheidung, welche Verfahren anzuwenden ist, sollten mehrere Aspekte bewertet werden. Neben den Investitionskosten sind die Ausgaben für Betriebsstoffe wie Brennoder Inertgase, für Druckluft, Strom, Abwassergebühren sowie für Serviceund Wartungsbedarf zu berücksichtigen. Bei der Trockenbettabsorption gilt es zudem, die Wechselintervalle für die Absorberfüllung zu beachten. Diese Kriterien werden als Total Cost of Ownership (TCO) zusammengefasst. Hinzu kommt die Bewertung der Reinigungseffizienz und des benötigten Platzes für die Aufstellung. Werden thermische Behandlung und Trockenbettabsorption verglichen, sollte im Hinblick auf die TCO auch bedacht werden, dass ein Brenner-Wäscher in der Anschaffung zwar teurer ist, aber zuverlässig eine größere Bandbreite an Gasen entfernt als ein Trockenbettabsorber, dessen Füllung auf die Absorption einer oder weniger Gasarten optimiert ist. Im laufenden Betrieb benötigt der Brenner-Wäscher Brenngas, Luft und Strom, wobei die Brenngasmenge an die Schadgasmenge und -art angepasst werden kann. Der Trockenbettabsorber wird dagegen über die Zeit mit Schadstoffen beladen. Wenn die Kapazitätsgrenze erreicht ist, muss die Füllung gewechselt werden. In Abhängigkeit von der Schadstoffmenge, die über einen bestimmten Zeitraum hinweg anfällt, kann die TCO beim Trockenbettabsorber somit höher ausfallen als beim Brenner-Wäscher. Daher ist es wichtig, vor der Entscheidung über die Gasreinigungstechnologie den Prozess und die anfallenden Schadgase und Schadstoffmengen sowie deren zeitlichen Verlauf möglichst genau zu erfassen beziehungsweise abzuschätzen und zu bewerten. Geschieht dies nicht, kauft der Kunde im schlimmsten Fall eine Anlage, die die gesetzlichen Anforderungen erfüllt, bei der aber die TCO deutlich höher liegt, als es mit einer anderen Technologie möglich wäre. Technologieoffen beraten Unternehmen sollten sich vor dem Kauf eines Abgasreinigungssystems um- 46 UmweltMagazin März 2019

Luft fassend über die Möglichkeiten und Anbieter informieren und am besten eine Abgasreinigungsfirma wählen, die alle für einen bestimmten Anwendungsfall relevanten Technologien beherrscht. Denn dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass technologieoffen beraten wird. Anbieter mit nur einer Technologie im Portfolio werden dagegen eher prüfen, ob diese für die geforderte Reinigungsaufgabe grundsätzlich geeignet ist Der Mehrwert einer Beratung durch Unternehmen, die alle relevanten Abgasreinigungstechnologien anbieten, lässt sich anhand eines Beispiels aufzeigen: Die Silizium-Epitaxie in der Halbleiterproduktion gehört zu den herausforderndsten Prozessen in der Industrie. Hier wachsen dünne Siliziumschichten auf einem Substrat, indem Silizium aus der Gasphase mit dem erhitzten Substrat reagiert. Das Abgasgemisch besteht meist aus großen Mengen brennbarer Gasen sowie toxischen und korrosiven Bestandteilen. Im Wesentlichen sind dies Dichlorsilan (DCS), Trichlorsilan (TCS), Phosphin (PH 3 ), Diboran (B 2 H 6 ), Wasserstoff (H 2 ) und Chlorwasserstoff (HCl). Um bei derartigen Prozessen mit vielen Chemikalien eine hohe Reinigungsund Kosteneffizienz zu erhalten, braucht es Fachleute, die mit allen relevanten Verfahren vertraut sind und technikoffen beraten können. Um eine Technologie zu bestimmen, die hiebei grundsätzlich zum Einsatz kommen kann, sollte erst die Art des Prozesses und damit auch die Schadstoff-Komponenten im Abgas betrachtet werden. Sind für eine Anwendung prinzipiell mehrere unterschiedliche Technologien geeignet, kann ein detaillierter TCO-Vergleich die wirtschaftlichste Lösung ermitteln. Bei diesem Vorgehen steht am Ende folgendes Ergebnis: Der Nasswäscher ist für die Silizium- Epitaxie-Anwendung nur bedingt geeignet, da er zwar die korrosiven Gase DCS, TCS und HCl entfernt, nicht aber die Dotiergase PH 3 und B 2 H 6 sowie H 2 . Wasserstoff könnte zwar – da er nicht Brennerflamme bei geöffnetem Reaktor. Ist er geschlossen, werden die Abgase in der Flamme bei zirka 1.300 Grad Celsius verbrannt. toxisch, sondern nur brennbar ist – durch Verdünnen auf Konzentrationen unterhalb der Explosionsgrenze unschädlich gemacht werden, für die toxischen Dotiergase ist dies jedoch keine Lösung. Mit Hilfe der Trockenbettabsorption können prinzipiell alle genannten Gase entfernt werden – außer H 2 . Die Schadstoffmengen (insbesondere der Wert für HCl) sind bei diesem Prozess jedoch so hoch, dass das Absorbergranulat sehr schnell verbraucht werden würde. Die TCO dieser Lösung wäre also sehr hoch. Das einzige Verfahren, das alle Schadgase inklusive H 2 zuverlässig entsorgen kann, ist die thermische Behandlung. Ihre TCO fällt im Vergleich mit der Trockenbettabsorption auch niedriger aus, so dass die Technologie in diesem Anwendungsfall zu bevorzugen ist. Essentiell für einen optimalen, kosteneffizienten Einsatz von Gasreinigungstechnologien ist somit, stets genau zu analysieren und individuell zu entscheiden, welches Verfahren sich für eine bestimmte Anwendung am besten eignet. Von Verallgemeinerungen sollte Abstand genommen werden, auch wenn sich Tendenzen hinsichtlich der Eignung der verschiedenen Technologien ausmachen lassen: So ist in der Durchströmt Abgas dies blaue Granulat, reagieren schädliche Stoffe damit. Auf diese Weise werden diese Stoffe aus dem Abgas entfernt. Halbleiterindustrie bei kleinen Schadstoffmengen, wie sie in der Regel in Forschung & Entwicklung sowie Kleinserienfertigung entstehen, oftmals die Trockenbettabsorption die wirtschaftlichste Lösung. Dagegen sind in der Massenproduktion bei den meisten Prozessen die anfallenden Schadstoffmengen in der Regel so hoch, dass thermische Lösungen sowohl aus technischer, als auch aus wirtschaftlicher Sicht die bessere Option darstellen. Festzuhalten bleibt jedoch: Angesichts der Komplexität vieler Prozesse kann die Beurteilung, welche Technologie sich für eine spezifische Abgasreinigungsanwendung am besten eignet, nur von Experten vorgenommen werden. Hier muss für den Kunden eine intensive Beratungsleistung erbracht werden. Zu empfehlen sind daher Betriebe, die alle gängigen Technologien anbieten, in den relevanten Bereichen bereits Referenzen vorweisen können und auf Basis dieses Know-hows in der Lage sind, technologieoffen zu beraten. Dr. Dani Muse, Leiter der Technologie bei der centrotherm clean solutions GmbH & Co. KG, dani.muse@centrotherm-cs.de Bilder: centrotherm clean solutions UmweltMagazin März 2019 47

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