Grüne Werkstoffe für die Elektronikfertigung

Aus mehr als 50 Rohmaterialien produzieren die Beschäftigten am TDK-Standort im österreichischen Deutschlandsberg derzeit über 100 keramische Ausgangsmaterialien. Durch gezielte Mischstrategien lassen sich daraus mehr als 600 verschiedene keramische Materialien für unterschiedliche Bauteilfertigungen bereitstellen.

Circa 700 Beschäftigte produzieren jährlich rund 2000 Tonnen Keramik. Damit beliefert das Werk nicht nur die Bauelemente-Fertigung am eigenen Standort, sondern 80 bis 90 Prozent der Produktionsmenge geht an die Werke in Šumperk, Tschechische Republik, und in Zhuhai FTZ, China.

Weniger Energie pro Kilogramm Keramikpulver - dieses Ziel hatten sich die Ingenieure von TDK in Stephan Weixlers Fertigungsbereich vor einigen Jahren gesetzt. Grundlage dafür war ein Energie- und Gasverbrauchsmonitoring, das genau erfasst, welcher Prozess und welche Maschine wie viel Energie benötigen.

„Entscheidend ist für uns nicht der absolute Energieverbrauch, sondern die Energie pro Kilogramm Keramik“, so Weixler, der die keramische Pulver- und Folienproduktion leitet. „Nur diese Kennzahl zeigt, ob der Prozess tatsächlich energiesparender und damit nachhaltiger wird.“ So kam die gesamte Prozesskette auf den Prüfstand, nicht die einzelnen Prozessschritte isoliert. Das Ergebnis: Der spezifische Energieeinsatz sank um insgesamt 33 Prozent.

Wasser auspressen statt verdampfen

Wie Nachhaltigkeit zum wirtschaftlichen Vorteil wird

ESG entfaltet seinen Nutzen erst, wenn es mit Strategie und operativen Prozessen verknüpft wird. Rui Duarte Ramalheiro von Elocompanion spricht über Kostensenkung, bessere Daten und resiliente Lieferketten.

Am Anfang der Elektrokeramikfertigung steht ein wasserhaltiger Rohstoffmix, der zu einem feinen Schlicker vermahlen wird. Um daraus Pulver zu gewinnen, muss das Wasser wieder entfernt werden. Genau hier setzt einer der größten Hebel für mehr Nachhaltigkeit an. Während früher überwiegend energieintensive Sprühtrockner zum Einsatz kamen, setzt TDK heute auf automatisierte Filterpressen mit nachgeschalteten Wärmepumpentrocknern. Die Filterpressen entziehen dem Material das Wasser mechanisch statt durch Verdampfung. Dadurch sinkt der Energieaufwand von 1.500 auf 500 kWh pro Tonne. Die anschließende Trocknung mit Wärmepumpe reduziert den Bedarf weiter auf 250 kWh pro Tonne. Insgesamt benötigt dieser Prozessschritt damit 83 Prozent weniger Energie.

Gleichzeitig verbessert sich die CO₂-Bilanz: Filterpressen und Trockner arbeiten vollständig elektrisch und kommen mit deutlich niedrigeren Temperaturen aus als herkömmliche Sprühtürme. Wird zudem Strom aus erneuerbaren Quellen genutzt, lassen sich die Emissionen weiter senken. Bereits rund die Hälfte der Produktion wurde auf das neue Verfahren umgestellt, eine weitere Filterpresse ist in Planung

Weniger Masse erhitzen

Der zweite große Hebel liegt in der Kalzination, bei der aus dem entwässerten Rohstoff die eigentliche Elektrokeramik entsteht. Dieser Prozess erfordert Temperaturen von bis zu 1.150 °C und ist entsprechend energieintensiv. Während konventionelle Durchstoßöfen das Pulver in schweren Keramikkapseln durch den Ofen transportieren, kommen in Deutschlandsberg zunehmend Drehrohröfen zum Einsatz. Sie führen das Pulver direkt dem Brennprozess zu und verzichten auf das zusätzliche Hilfsmaterial. Dadurch muss deutlich weniger Masse aufgeheizt werden. Das senkt den Energiebedarf von rund 2.100 auf 700 kWh pro Tonne und damit um etwa zwei Drittel. Gleichzeitig entfallen die Kosten und der Ressourcenaufwand für Anschaffung, Austausch und Entsorgung der Keramikkapseln. Am Standort sind inzwischen drei Drehrohröfen in Betrieb

Prozesswärme weiterverwenden

Ein weiterer Baustein der Energieeinsparung ist die konsequente Nutzung von Abwärme. So wird die in den Kühlzonen der Drehrohröfen entstehende Prozesswärme zur Vorwärmung der Zuluft für die Sprühtürme genutzt. Die dort anfallende Restwärme dient anschließend zur Beheizung der Werkshallen. Diese Wärmekaskade reduziert den Erdgasbedarf in diesem Bereich um rund 90 Prozent. Das verbleibende Gas lässt sich durch Biopropan ersetzen, wodurch sich die CO₂-Bilanz weiter verbessert.

Auch die Abwärme der Wärmepumpentrockner bleibt nicht ungenutzt: Über Wärmetauscher wird die Zuluft vorgewärmt, was den Energiebedarf im Trocknungsprozess um weitere 25 Prozent senkt.  Gleichzeitig erhöht TDK die Flexibilität seiner Energieversorgung. Die Sprühtürme können sowohl elektrisch als auch mit gasförmigen Energieträgern betrieben werden. Dadurch lässt sich die Produktion flexibel an Energiepreise und Versorgungssituationen anpassen und die Abhängigkeit von fossilen Energien weiter reduzieren.

Wertstoffe im Kreislauf

Auch in den Prozessabfällen stecken wertvolle Rohstoffe — darunter Metalle und Edelmetalle. Gemeinsam mit einem externen Partner führt der Standort diese Materialien zurück in den Kreislauf. Bei Silber, Palladium und Kupfer liegen die Rückgewinnungsraten aktuell bei über 99 Prozent.

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Dr. Martin Large

Energiekosten sollen weiter sinken

Die Optimierung der Elektrokeramikfertigung ist für TDK noch nicht abgeschlossen. Der Fokus liegt nun darauf, Anlagen stärker zu vernetzen, weitere Prozesse zu elektrifizieren und die gesamte Prozesskette kontinuierlich weiterzuentwickeln. Dabei sucht das Unternehmen weiterhin aktiv aus Partnerschaften mit Industrie und Wissenschaft. Ziel bleibt eine ressourcenschonende Fertigung mit geringeren Emissionen, niedrigeren Energiekosten und einer möglichst geringen Abhängigkeit von fossilen Energieträgern.

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