Klimawirksame Gase und Stoffe

Im Rahmen der Erstellung der Fraunhofer-THG-Bilanz für das Bilanzjahr 2021 wurde der Einsatz klimarelevanter Gase und Stoffe an mehreren Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft erfasst. Besonders hervorzuheben sind hierbei Kältemittel sowie fluorhaltige Sondergase, die vor allem in der Halbleiterfertigung Anwendung finden.

Die Kombination aus den eingesetzten Mengen und den hohen GWP-Werten (Global Warming Potential) dieser Stoffe bietet eine wertvolle Grundlage, um deren Beitrag zur THG-Gesamtbilanz genauer zu analysieren und gezielt Optimierungspotenziale zu identifizieren.

Informationen darüber, welche Mengen an Kältemitteln direkt von den Instituten beschafft und zur Befüllung von Anlagen genutzt werden, stehen bereits zur Verfügung. Zur weiteren Detaillierung wird auch der Beitrag externer Dienstleister berücksichtigt.

Die Erhebung spezifischer Daten zur Verwendung fluorhaltiger technischer Gase (z. B. NF3, SF6, CF4) wird aktuell durch gezielte Abfragen bei den beteiligten Instituten ergänzt. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Erweiterung der Datengrundlage und schafft die Basis für eine präzise und umfassende Bilanzierung.

Projektziele

1. Erfassung des Status Quo
   Durchführung einer umfassenden Analyse der aktuell eingesetzten technischen Gase und Kältemittel innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft, um eine fundierte Grundlage für Optimierungsmaßnahmen zu schaffen.

2. Entwicklung präziser Messtechnologien
   Erprobung innovativer Hard- und Softwarelösungen zur technischen Auslesung von Mass-Flow-Controllern in Anlagen. Ziel ist die exakte und prozessgenaue Erfassung sowie Protokollierung des Verbrauchs von Klimagasen.

3. Online-Abgasmessung
   Implementierung einer kontinuierlichen Online-Messung von Abgasen in verschiedenen Phasen technologischer Prozesse. Dabei soll ermittelt werden, welcher Anteil der eingesetzten Klimagase unverarbeitet oder ungefiltert in die Abluft gelangt.

4. Klimawirkungsabschätzung und Datenerfassung
   Bewertung der potenziellen Klimawirkung der eingesetzten Gase und Entwicklung eines umfassenden Konzepts zur Datenerhebung. Die gewonnenen Daten werden in die Treibhausgasbilanz (THG-Bilanz) der Fraunhofer-Gesellschaft integriert.

Erste Ergebnisse

Die Datenlage zum Einsatz von Klimagasen an den drei beteiligten ReinraumInstituten (IPMS, IISB, EMFT) ist sehr uneinheitlich. Während am IPMS aufgrund der ISO-Zertifizierung und der vorhandenen Gebäudeleittechnik eine jahresgenaue Erfassung des Verbrauchs möglich ist, können am EMFT und IISB jeweils nur durchschnittliche Verbräuche über mehrere Jahre hinweg ermittelt werden. Beispielhaft sind in den nachfolgenden Diagrammen die Mengen der am Fraunhofer IPMS eingesetzten Klimagase dargestellt. Außerdem wird ein Vergleich der entsprechenden Mengen an CO -Äquivalenten für IPMS, EMFT und IISB gezeigt, basierend auf der Annahme, dass die Gase in den Prozessen nicht verbraucht werden und alles in die Atmosphäre entweicht.

Ausblick

Durch den hohen GWP-Faktor können auch relativ geringe Ausstoßmengen eines klimawirksamen Gases einen relevanten Einfluss auf die Umweltbilanz der Fraunhofer-Gesellschaft haben. Welcher Anteil der eingesetzten Klimagase tatsächlich in die Atmosphäre gelangt, bzw. wie viel davon im Prozess verbraucht oder über Brenner-bzw. Wäschersysteme entfernt wird, stellt eine zentrale Fragestellung des Projekts dar. Es zeichnet sich ab, dass die in der Fraunhofer-Gesellschaft eingesetzten fluorhaltigen Sondergase einen nicht zu vernachlässigenden Beitrag zur THG-Bilanz leisten, auch wenn derzeit noch viele Fragen offen sind.

• Klimawirksame Gase = Treibhausgase
• Absorbieren/Reflektieren langwellige Wärmestrahlung
• Zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche
• Unterschiedliche lange Verweilzeiten in der Atmosphäre
• Klassische Treibhausgase 
  (unerwünschte Nebenprodukte z. B. bei Verbrennungs-prozessen, Tierhaltung, Dünger, Klärwerke und natürliche Emissionen z. B. Vulkanismus)
• Kohlendioxid (CO₂)
• Methan (CH₄)
• Lachgas (N₂O)
• Fluorierte/teilfluorierte Gase/Stoffe (werden i. d. R. gezielt produziert und als Kälte-, Treib- Feuerlöschmittel oder Ätzgase z. B. in der Halbleiterfertigung eingesetzt)
• Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (C₂HCl₂F₃ = R123a, Freon)
• Vollfluorierte Kohlenwasserstoffe (C₂H₂F₄ = R134a;  CF₄ = R14)
• Schwefelhexafluorid (SF₆), Stickstofftrifluorid (NF₃)