RECOSiC – Recycling von Siliciumcarbid

Seit mehr als 100 Jahren wird Roh-Siliciumcarbid (SiC) im energieintensiven Acheson- Verfahren, der carbothermischen Reduktion von SiO₂ hergestellt; mittlerweile im Umfang von ca. 1 Mio. t/a weltweit. Dabei werden ca. 7,15 MWh an elektrischer Energie pro Tonne SiC benötigt. Gleichzeitig werden ca. 4,2 Tonnen CO₂ emittiert. 2,4 Tonnen dieser CO₂-Emissionen sind rein reaktionsbedingt, die restlichen 1,8 Tonnen CO₂ entstehen bei der Energieproduktion (europäischer Strommix). Da 70–80 % der Weltproduktion in China stattfindet, sind die Emissionen, weltweit gesehen, sogar noch deutlich höher. Sowohl bei der Herstellung des Rohmaterials als auch bei dessen Veredelung zu Spezialprodukten für die Keramik-, Feuerfest- und Schleifmittelindustrie fallen zudem große Mengen an minderwertigem Material an (Bild 1 links).

Hier setzt ein Forschungsteam der ESK-SiC GmbH und des Fraunhofer IKTS an. Mit dem von ihnen entwickelten und patentierten RECOSiC-Verfahren können minderwertige Rohmaterialien und Beiprodukte thermisch zu SiC-Pulver mit einem SiC-Gehalt von > 98 % und einer an die späteren Zielprodukte angepassten Korngrößenverteilung mit einer Ausbeute von nahezu 100 % umgewandelt werden. Die daraus entstehenden Wertstoffe werden nachfolgend den etablierten Pulveraufbereitungsverfahren unterzogen, so dass sämtliche Materialkennwerte nach dem Recyclingverfahren identisch oder verbessert im Vergleich zu marktgängigen Produkten sind (Bild 2). Der RECOSiC-Prozess verbessert deutlich die CO₂-Bilanz der SiC-Herstellung: Beim stofflichen Recycling einer Tonne SiC wird weniger als eine Tonne CO₂ emittiert. Zusätzlich fällt die Rohstoffbilanz sehr viel besser aus, da fast vollständig auf den Einsatz von Primärrohstoffen verzichtet werden kann (Bild 1 rechts).

Durch die zielgerichtete RECOSiC-Prozessführung können Korngröße, Kornform, Dotierung und Polytypengehalt auf das spätere Endprodukt zugeschnitten werden, so dass die Ausbeute an Spezialprodukten im Vergleich zu konventionellen Prozessen nochmals deutlich verbessert ist. Zum Teil können sogar Eigenschaften (z. B. Kornformen) erzielt werden, die bisher nicht möglich waren. Für die Herstellung von SiC-Keramik ergeben sich dadurch neue Optionen der Prozess- und Eigenschaftsoptimierung, z. B. für korrosionsstabilere Feuerfestprodukte oder die additive Fertigung (Bild 3).

Am Fraunhofer IKTS steht eine erste RECOSiCVersuchsanlage mit einer Kapazität von einigen Tonnen pro Jahr. Die ESK-SiC GmbH plant derzeit eine erste Linie mit einer Kapazität von 12 000 t/a, die in der ersten Jahreshälfte 2024 stufenweise in Betrieb gehen soll. Weitere Ausbaustufen sind bereits in Planung.

Für die Zukunft kann erwartet werden, dass auch Abfälle der SiC-Keramikindustrie (z. B. Grünware, Sinterschrott) in den RECOSiC-Prozess eingeschleust werden können. Eine entsprechende Erfassungslogistik vorausgesetzt, könnten sogar ausgewählte SiC-Produkte nach End of Life einer echten Kreislaufwirtschaft zugeführt werden

Leistungs- und Kooperationsangebot

• Untersuchungen zur Recyclingfähigkeit von SiC-Abfallstoffen
• Optimierung von SiC-Materialien für spezifische Anwendungen