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Mikroelektronik Forscher recyclen Gallium aus Produktionsabfällen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

In dem Verbundvorhaben Ecogain: „Gewinnung von Gallium aus Produktionsabfällen der Halbleiter-Industrie“ haben es sich Forscher zur Aufgabe gemacht, dass in der Mikroelektronik dringend benötigte Hightech-Metall Gallium möglichst vollständig in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Das unter der fachlichen Koordination der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft in Freiberg etablierte Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

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Zum Kick-Off des Verbundvorhabens Ecogain traf sich das Projektteam bei der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft in Freiberg.
Zum Kick-Off des Verbundvorhabens Ecogain traf sich das Projektteam bei der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft in Freiberg.
(Bild: G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft)

Freiberg – Als Grundkonzept liegt dem Forschungsvorhaben die Idee zugrunde, aus Prozesswässern und Prozessschlämmen der Halbleiterindustrie alle Haupt- und Nebenkomponenten, insbesondere das strategische Metall Gallium, aber auch SiO2 und Arsen, durch neue Trenntechnologien zurückzugewinnen. Mit diesem Forschungsansatz soll die gesamte Prozesskette vom Produktionsabfall bis zu wiederverwendbaren hochreinen Wertstoffen unter technologischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten untersucht werden. Es wird eine „Zero Waste Technology“ angestrebt – eine kleine aber feine Idee zur zielgerichteten Technologieoptimierung und Effizienzsteigerung mit großem Output und nachhaltiger Wirkung hinsichtlich Ressourcenschonung.

Die Anwendungsfelder von Gallium liegen vor allem im Einsatz der wirtschaftlich relevanten Hochleistungselektronik. Die hohe Energieausbeute von Galliumarsenid in Halbleitermaterialen symbolisierte den digitalen Aufbruch ins 21. Jahrhundert. Heute gilt Gallium als ein Tausendsassa – es findet seinen Einsatz in LEDs oder Hochleistungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzfeldeffekttransistoren. Es ist ein gefragtes Legierungsmetall, Ersatz für Quecksilber Thermometer, automatische Feuerlöschvorrichtungen und vieles mehr.

Eingeschränkte Verfügbarkeit macht Recycling notwendig

Leider ist die Verfügbarkeit von Gallium eingeschränkt, Gallium kommt nicht in eigenen Lagerstätten vor und oftmals sind die Galliumgehalte in Wirtsmineralen so gering, dass sich eine alleinige Gewinnung wirtschaftlich nicht darstellen lässt. Schon aus diesem Grund macht eine hohe Recyclingquote in der Fertigung sowie für Produkte mit bereits verbauten Galliumverbindungen Sinn. Die Halbleiterindustrie soll weiter zu den Innovationsträgern Deutschlands zählen. Daher ist das Thema Recycling wichtig, um die Effizienz der Produktion weiter zu steigern.

Wissenschaftliche Innovationen in Zukunftstechnologien sollen möglichst zügig wirtschaftlich umgesetzt werden. Das Forschungskonsortium ist hierfür hervorragend zusammengesetzt. Zum einen gehören ihm Wissenschaftler mit herausragenden Erfahrungen im Rohstoffbereich aus dem Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie und der TU Bergakademie Freiberg an. Zum anderen können Wirtschaftsunternehmen, wie die Freiberger Compound Materials, PPM Pure Metals oder Loser Chemie unmittelbar die Praktikabilität der Forschungsergebnisse auf ihre Effizienz prüfen.

Komplettiert wird die Gruppe durch klein- und mittelständische Unternehmen, wie die G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft an der Spitze des Forschungsprojektes, der Geokompetenzzentrum Freiberg e.V. und dem Consulter Erz & Stein - Gesellschaft für Lagerstätten- und Rohstoffberatung. Insgesamt werden für dieses Forschungsprojekt Fördermittel in Höhe von 1,4 Millionen Euro ausgereicht.

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