SHyRE - Schwefelsäure- und Wasserstoffproduktion für die Elektronikindustrie durch innovatives Recycling

Schwefelsäure in Elektronikqualität ist eine wesentliche Grundchemikalie zur Herstellung von Halbleitern, Leiterplatten und in geringeren Mengen auch für Pharmazeutika. Die hohen Reinheitsanforderungen verursachen hohe Herstellungskosten und auch hohe Entsorgungskosten, da gegenwärtig wirtschaftliche Verfahren zum großtechnischen Recycling von hochreiner Schwefelsäure nicht zur Verfügung stehen. Die wesentlichen Eckpunkte zur Evaluierung neuer Verfahren zum Schwefelsäurerecycling umfassen: Reinheit, Energiebedarf und Anschaffungskosten der Anlage. Das vorgestellte Verfahren implementiert die Kernkomponenten einer stickstoffreduzierten Säurezersetzung und einer elektrochemischen Zelle zur Umwandlung von SO2 und H2O zu H2SO4 und H2. In der Elektrochemischen Zelle wird hochreine Schwefelsäure als Hauptprodukt und das kohlenstofffreie ‚Ecofuel‘ Wasserstoff als Nebenprodukt produziert. Die elektrochemische Zelle besteht, mit Ausnahme eines Pt-Katalysators, aus nicht-metallischen Komponenten und arbeitet bei niedrigen Betriebstemperaturen. Damit wird ein zentrales Problem konventioneller Verfahren umgangen, in denen Unreinheiten durch Korrosionsprodukte von metallischen Oberflächen mit SO2, SO3 oder der Schwefelsäure entstehen. Die Säurezersetzung basiert auf einem Wasserstoffbrenner welcher mit 90% Sauerstoff betrieben wird und einer Schwefelsäurezerstäubung. Durch die Entwicklung und Einbindung einer neuartigen stickstoffreduzierten Schwefelsäurezersetzung wird eine Prozessintensivierung erreicht. Der dafür notwendige Energieeintrag erfolgt durch Wasserstoff, die Emissionen sind somit CO2 frei. Die Anlagengröße wie auch der Energiebedarf von Ventilatoren und Kompressoren wird durch die Prozessintensivierung um einen Faktor 5-6 reduziert. Ein weiteres Ziel dieses Forschungsprojekts ist der experimentelle Nachweis der Funktion und in weiterer Folge die Patentierung dieser Art der Säurezersetzung und deren Komponenten. Das neue, zu erforschende Verfahren wird durch die Nutzung von Synergien der stickstoffreduzierten Säurezersetzung und der elektrochemischen Zelle das Recycling von Schwefelsäure in Elektronikqualität ermöglichen. Die Entwicklung und Nutzung der elektrochemischen SO2 depolarisierten Zelle in Kombination mit der Schwefelsäureanlage ergibt den Zusatznutzen, dass Wasserstoff mit nur einem Drittel jener Energie hergestellt werden kann, welche bei der klassischen Elektrolyse von Wasser notwendig ist. Durch die Senkung des Energiebedarfs und der Anschaffungskosten wird dabei der Grundstein für einen ökologischen und ökonomischen Kreislauf gelegt.