AiF-FV-Nummer 22324
Verfahren für die kreislaufwirtschaftliche Nutzung von Silizium mittels Gasphasensynthese
Status & Laufzeit
Laufend: 01.04.2022 bis 31.03.2025
Forschungsstellen
Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
http://www.iuta.deLeibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V.
Helmholtzstraße 20, 01069 Dresden
http://www.ifw-dresden.deUniversität Bielefeld Experimentalphysik
Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld
http://www2.physik.uni-bielefeld.deUniversität Duisburg-Essen Institut für Energie- und Material-Prozesse Angewandte Quantenmaterialien
Carl-Benz-Straße 199, 47057 Duisburg
http://www.uni-due.de/empi-aqm
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.
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Förderhinweis
Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.