AiF-FV-Nummer 22324

Verfahren für die kreislaufwirtschaftliche Nutzung von Silizium mittels Gasphasensynthese


Status & Laufzeit

Laufend: 01.04.2022 bis 31.03.2024

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Sand als Rohstoff für Silizium ist nicht unbegrenzt verfügbar, daher muss Silizium sowohl aus Abfallprodukten der Solarwafer- und Halbleiter-Fertigung als auch aus End-of-Life PV-Modulen kreislaufwirtschaftlich wertschöpfend wieder eingesetzt werden. Industrie und Forschung stellen sich aktuell der Herausforderung der Materialrückgewinnung insbesondere aus PV-Modulen. Parallel dazu soll dieses Vorhaben bereits Wege aufzeigen, das Silizium-Abfallmaterial durch nachgeschaltete Prozessschritte für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen wie Lithium-Ionen-Batterien, Dioden, Thermoelektrik oder Hochleistungskeramiken zu ertüchtigen. Das Silizium-Ausgangsmaterial wird in verschiedenen Qualitäten vorliegen und muss im Hinblick auf die Weiterverarbeitung eingehend charakterisiert werden. Der verfahrenstechnische Lösungsweg sieht vor, es als Pulver in einen Gasphasenreaktor zur Nanomaterial-Synthese zu fördern und im Gasstrom zu veredeln. Das entstandene Material wird mittels Laser-Strahlschmelzen (LPBF) zu Demonstratoren verarbeitet, die elektrisch charakterisiert werden, um ihre Verwendbarkeit für die o.g. Anwendungen zu verifizieren. Neben dem volkswirtschaftlichen Gesamtnutzen können insbesondere Unternehmen aus den Bereichen PV-Recycling, Anlagenbau, Materialaufbereitung sowie LPBF-Endanwender unmittelbar profitieren, indem sie ihr bestehendes Fertigungs- und Produktportfolio um entsprechende Technologien und Komponenten erweitern. Typischerweise sind diese Segmente häufig durch KMU geprägt: Reaktoren zur Nanomaterialsynthese, wie sie in diesem Vorhaben zum Einsatz kommen, liegen im Aufgabenbereich von Anlagenbauern im KMU-Sektor, ebenso wie die Auslegung und Produktion eines Pulverförderers. LPBF-Prozesse ermöglichen die zeitnahe Bereitstellung von Funktionsmustern und die endkonturnahe Herstellung komplexer Bauteile (mit entsprechender Funktionsintegration), die mittels konventioneller Fertigungstechnologien nur schwer oder nicht hergestellt werden können.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.