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entdeckt_02_2013

TITEL// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 10 11 Ein erster Vorschlag der Firma GARBO für die Verdichtung des Sägestaubs liegt bereits vor. Das verdichtete Material soll durch hochfrequente Magnetfelder induktiv erhitzt und geschmolzen werden. Danach kommt es darauf an, die Ver- unreinigungen am Rand der Schmelze anzureichern und dort abzutrennen. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit von Silizium und den Siliziumoxid- bzw. Silizium- karbid-Partikeln wirkt eine elektromagnetische Kraft auf die Schmutzteilchen, die so eingestellt werden kann, dass sich die Verunreinigungen zum Rand hin bewegen. Gleichzeitig muss man aber darauf achten, dass die ebenfalls vom Magnetfeld hervorgerufene Strömung im Silizium durch intensives Mi- schen diesen Separationseffekt nicht wieder zunichte macht. Es bedarf also einer trickreichen Kombination der Magnetfeld- parameter, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen. „Daran arbeiten wir gerade. Wir können an MULTIMAG, unserer magnetischen Multifunktionsanlage im HZDR, unterschiedliche Strömungsformen und Geschwindigkeiten einstellen und bauen darauf, dass es uns gelingt, den richtigen Dreh zu finden“, so der Flüssigmetall-Experte Eckert. Sobald die HZDR-Wissenschaftler dies erfolgreich mit ihrer Modell- Legierung – sie ist bereits bei Zimmertemperatur flüssig – bewiesen haben, wollen sie einen Demonstrator bauen, um mit eigener Messtechnik die Prozessschritte noch genauer zu verstehen. Numerische Modelle der Londoner Kollegen von der Universität Greenwich werden ebenfalls zum besseren Verständnis beitragen. Vor dem Transfer in die Industrie müssen die ausgetüftelten Prozessschritte aber auch direkt am Silizium erprobt werden; immerhin schmilzt das Metall erst bei 1.410 Grad Celsius. Da die Universität Padua in der Lage ist, Silizium zu schmelzen und zu verarbeiten, können die Forscher dort auf Grundlage der Ergebnisse aus Dresden und London einen Demonstrator für den Prozess mit Silizium bauen. Die Chemnitzer Firma EAAT plant und liefert hierfür die Stromversorgung. Diese Anlage muss in der Lage sein, verschiedene Heizschritte zu fahren und unterschiedliche Frequenzen für die Magnetfelder einzustellen. Im Gegensatz zu dem heute gebräuchlichen Heiz- verfahren setzt das EU-Projekt auf ein Induktionsverfahren, das man vom Induktionsherd kennt, und auf dessen Optimie- rung, maßgeschneidert für die gewünschte Partikelseparation. Wissenschafts- und Industriepartner haben das Ziel fest vor Augen: Mit einem einzigen Prozess in mehreren, teils parallel ablaufenden Schritten das teure Abfallmaterial Silizium zu verdichten, einzuschmelzen und die unvermeidlichen Dreck- partikel zu separieren und abzutrennen – und das alles unter ökologischen wie ökonomischen Gesichtspunkten. So, davon ist Sven Eckert überzeugt, kann die Energieausbeute von Photovoltaik-Silizium um einen wesentlichen Faktor verbes- sert werden, selbst wenn man bedenkt, dass für das Ver- dichten und Einschmelzen der Siliziumspäne ebenso Energie eingesetzt werden muss wie für das elektromagnetische Rühren und Separieren. Wie weiter mit dem Silizium? Silizium ist auf dem schnell wachsenden Solarmarkt das Ma- terial der Wahl, weil es relativ effizient Sonnenenergie in elekt- rischen Strom umwandelt. In Deutschland sind derzeit etwa 32 Gigawatt Leistung an Photovoltaik-Modulen installiert, die Ausbaupläne der Branche sehen mehr als 200 Gigawatt vor. Nach wie vor sind neue Konzepte gefragt, mit denen sich der Wirkungsgrad weiter verbessern lässt. Wenn es im SIKELOR- Projekt gelingt, das als Abrieb bei der Waferfertigung anfal- lende Rohmaterial aufzubereiten, könnte die Solarindustrie nicht zuletzt Kosten einsparen. Derzeit wird Silizium auf dem Weltmarkt mit rund 18 Dollar pro Kilogramm gehandelt – Ex- perten rechnen jedoch mit einem ansehnlichen Anstieg in den nächsten Jahren –, die Partner im SIKELOR-Projekt zielen für ihr Recycling-Verfahren auf Kosten von lediglich zehn Dollar pro Kilogramm recyclefähigem Material. Schließlich kann auch eine Wiederverwertung ausgedienter Solarmodule helfen, die Energiebilanz der Photovoltaik weiter zu verbessern. Sven Eckert und seine HZDR-Kollegen machen sich schon heute Gedanken darüber, ob – und wie – Silizium- abfall wiederaufbereitet werden kann. Anders als beim Her- stellungsprozess haben sie es dann aber mit großen Splittern und Bruchstücken der Siliziumwafer zu tun. Eine neue und sicherlich wiederum spannende Herausforderung. TORNADO IM LABOR: Magnetfelder erzeugen in einem mit Flüssigmetall gefüllten Zylinder Strö- mungen, die mit Ultraschall-Technik untersucht werden können. Foto: Rainer Weisflog Kontakt _Institut für Fluiddynamik im HZDR Dr. Sven Eckert s.eckert@hzdr.de

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