Flüssiges Kapital: Widerstandsfähigkeit der durch Lösungen zur Wiederverwendung von Wasser steigern

Wasserknappheit ist nicht nur ein Problem für die Umwelt und die öffentliche Gesundheit, sondern stellt auch ein ernsthaftes Risiko für die Industrie und die Wirtschaft dar. Ein Sektor, der in hohem Maße auf eine ständige Versorgung mit sauberem Wasser angewiesen ist, ist die Halbleiterindustrie. In fast jeder Phase des Herstellungsprozesses wird Reinstwasser benötigt. Halbleiterbauteile sind so klein und empfindlich, dass selbst eine minimale Verunreinigung von Wasser im Promillebereich zu kostspieligen Herstellungsfehlern führen kann. Aus diesem Grund ist für die Hersteller während des Chip-Produktionsprozesses eine zuverlässige Versorgung mit Reinstwasser unabdingbar.   

Making Waves hat mit Glen Sundstrom, UPW Technical Director für den vertikalen Mikroelektronikmarkt bei Xylem, gesprochen, um zu erfahren, wie Hersteller mithilfe fortschrittlicher Technologien die Risiken der Wasserknappheit mindern, die Abhängigkeit von kommunalem Wasser reduzieren und ihre Nachhaltigkeitsbilanz verbessern können.

Warum ist es für Halbleiterhersteller wichtig, sich auf Wasserknappheit vorzubereiten?

Nach Angaben des UN-Umweltprogramms ist die „Halbleiterherstellung einer der Teilsektoren, die aufgrund ihrer hohen Wasserintensität im Verhältnis zur Produktion besonders stark von Dürren bedroht sind.“ Eine kürzlich durchgeführte Studie hat ergeben, dass mindestens 40 % der Halbleiterfertigungsanlagen in Einzugsgebieten liegen, die bis 2030 wahrscheinlich einem hohen Wasserstressrisiko ausgesetzt sein werden.

Aufgrund der hohen Anzahl an Anlagen in Gebieten mit hohem Wasserrisiko ist es wichtig, die Abhängigkeit von der externen Wasserversorgung wie kommunalem Trinkwasser zu minimieren.

Wasserknappheit hat in der Vergangenheit bereits zu Unterbrechungen in der Branche geführt – während einer Rekorddürre in Taiwan vor einigen Jahren waren die Unternehmen gezwungen, Wasser mit Lastwagen zu transportieren, um die Produktion aufrechtzuerhalten.

Welche Technologien gibt es, die den Halbleiterherstellern helfen, das Risiko der Wasserknappheit einzudämmen? 

Halbleiterunternehmen setzen fortschrittliche Technologien ein, um ihre Wassersysteme zu optimieren und Wasserrisiken zu mindern. Mit diesen erstklassigen Lösungen können die Hersteller Wasser effizienter aufbereiten, verwalten und wiederverwenden. Anlagen, die Wasser wiederverwenden, sind in geringerem Umfang von Wasserknappheit betroffen und weniger von der externen, kommunalen Wasserversorgung abhängig. Ein Beispiel dafür ist Silfex, ein führender Anbieter von Präzisionskomponenten für die Herstellung und den Betrieb von Halbleiteranlagen.

Silfex arbeitete mit Xylem zusammen, um die Wassernachhaltigkeit in seinem Werk in Springfield, Ohio, drastisch zu verbessern.

Gemeinsam entwarfen die Teams eine Umkehrosmose-Membran zur Rückgewinnung von Sole sowie ein Reinstwassersystem, um das Abwasser aus der Umkehrosmose und den Überlauf aus den Präzisionsreinigungsprozessen aufzufangen und das Wasser im gesamten Betrieb wiederzuverwenden. Die Ergebnisse waren wegweisend.

Wie hat Silfex die Möglichkeiten zur Förderung der Nachhaltigkeit im Werk erkannt und durchgesetzt?

In einem ersten Schritt führten die Mitarbeiter des Silfex-Werks in Ohio eine umfassende Bewertung der Wasseraufbereitungssysteme des Werks durch. Dabei wurde jedes einzelne System untersucht, um das Volumen und die chemische Zusammensetzung der einzelnen Abwasserströme zu ermitteln. Die Betreiber kategorisierten jede Komponente auf der Grundlage der Einfachheit und Zuverlässigkeit der Aufbereitungsoptionen, um unmittelbare Möglichkeiten und potenzielle langfristige Lösungen für eine höhere Wiederverwendung zu ermitteln.

Dieser Prozess half Silfex dabei, schnelle Erfolge zu erzielen, wie z. B. die Rückgewinnung von Reserve-Osmose-Abwasser durch eine innovative Sole-Rückgewinnungsmembran, was zu einer 15-prozentigen Verringerung einzelner Abwasserströme des Reinstwassersystems führte.

Wie konnte Silfex auf diesen ersten Erfolgen aufbauen und seine Abwasserströme optimieren? 

Im Silfex-Werk fiel immer noch eine beträchtliche Menge an Reinraumabwasser an, das für eine Rückgewinnung und Wiederverwendung in Frage kam. Nach einer eingehenden Analyse der Abwasserströme, die den Reinraum verlassen, entwickelten Silfex und Xylem ein Konzept zur Trennung, Weiterleitung und individuellen Aufbereitung der Ströme, die mit minimalem Risiko aufbereitet werden konnten, um die Wiederverwendungsmöglichkeiten zu maximieren. Silfex gelang es, die Prozessverantwortlichen stärker einzubeziehen, indem man sie zusammenbrachte, um die Anforderungen an die Qualität des eingehenden Wassers, die Einschränkungen und die Auswirkungen auf die Wasserqualität für jeden Strom zu ermitteln und so die Einhaltung der Qualitätsstandards zu gewährleisten.  

Durch die Entwicklung innovativer Methoden zum Sammeln und Aufteilen von Reinraumabwässern kann der Silfex-Standort bis zu 80 % seiner Abwässer recyceln und wiederverwenden, die ansonsten in den Abwasserstrom gelangen würden.

Durch diesen großen Schritt nach vorn spart die Produktionsstätte in Ohio jährlich Millionen von Litern Wasser, senkt ihren Wasserverbrauch drastisch und erhöht ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Versorgungsschwankungen. Das System wird auch den Bedarf an vorgereinigtem Wasser aus kommunaler Versorgung verringern, was zu erheblichen Einsparungen bei Salzen zur Wasserenthärtung und anderen Chemikalien führt.

„Innovation und kontinuierliche Verbesserung gehören zu unseren Grundwerten bei Silfex, und dieses Projekt ist ein großartiges Beispiel dafür, wie diese Werte in der Praxis umgesetzt werden“, so Rob Skrobak, Geschäftsführer von Silfex.

Welche Rolle spielt das Engagement von Silfex im Hinblick auf innovatives Wasserrecycling für das Erreichen der Nachhaltigkeitsziele des Unternehmens?

Der Erfolg von Silfex in Ohio wirkt sich positiv auf die übergreifenden Nachhaltigkeitsziele der Muttergesellschaft Lam Research Corporation aus. Lam Research hat sich verpflichtet, sich mit wassersparenden Technologien und Effizienzsteigerungen zu befassen und in diese zu investieren – dies gilt vor allem für Lösungen, mit deren Hilfe prozessbedingte Abwässer in anderen Betriebsbereichen wiederverwendet werden können. In seinem jährlichen Nachhaltigkeitsbericht hob das Unternehmen das Projekt in Ohio als ein wichtiges Beispiel für seine Bemühungen im Hinblick auf einen verantwortungsvollen und nachhaltigen Umgang mit Wasser hervor. Lam Research hat sein Ziel, bis 2025 in wasserarmen Regionen 64.000 m3 Wasser gegenüber 2019 einzusparen, bereits übertroffen und sein Ziel für 2025 sogar auf 302.000 m3 Einsparungen aktualisiert. 

Im Jahr 2023 wurde Silfex als Gewinner des North American Annual Water Sustainability Award von Evoqua ausgezeichnet.