Der hochmoderne, erst 2003 eröffnete Fertigungsstandort von OSRAM Opto Semiconductors zur Herstellung von Optohalbleiterchips für Leuchtdioden (LED) in Regensburg, Bayern, hat ein ganzheitliches, hocheffizientes Energiekonzept. Durch das Zusammenspiel mehrerer ganz unterschiedlicher Maßnahmen zur optimalen Energienutzung können hier jährlich beeindruckende Mengen an Energie und damit auch an CO2 eingespart werden – eine Investition, die sich auch finanziell lohnt und die auch bereits in die Planung der neuen Chipfertigung in Malaysia eingegangen ist.
„Das Ziel, Energie einzusparen, stand schon vor Baubeginn 2001 ganz oben auf der Agenda und wurde von Anfang an im Gesamtkonzept der Anlage berücksichtigt“, erzählt Martin Stange, Leiter des Plant Managements des OSRAM-Fertigungsstandorts, seinen Besuchern. Die Anlage ist ein 56.000 Quadratmeter großes, funkelnagelneues Werk für Halbleiterchips, durch das er gerade eine Gruppe von Umweltschutzbeauftragten aus anderen OSRAM-Fertigungen führt. Vor einer großen, grünlich lackierten Maschine bleibt er stehen. „Das ist unsere Absorptionskältemaschine. Sie wandelt 120 Grad heiße Abgase in Kälte für die Klimatisierung um“, erklärt Stange.
In Regensburg werden Optohalbleiterchips gefertigt – die Herzstücke von LEDs. Diese winzigen Leuchtkörper sind stark im Kommen: Sie sind klein, robust, lichtstark und können in allen Farben leuchten. Sie finden daher mehr und mehr Verwendung in der Automobilindustrie, beispielswiese für Armaturenbeleuchtung und Scheinwerfer, in Architekturbeleuchtung, Strassenlampen, Handybeleuchtung und Displaywänden. Da sie Strom wesentlich effektiver in Licht umsetzen als beispielsweise herkömmliche Glühlampen, spielen sie eine wichtige Rolle bei der Energieeinsparung und der Reduktion des CO2-Ausstoßes. Ihre Herstellung aus Halbleitermaterialien ist ein sehr komplexer Prozess. Im Regensburger Reinraum-Fertigungsstandort werden modernste Technologien der Chipfertigung bzw. der Optohalbleiterfertigung an sich angewandt, die das Werk hinsichtlich Ressourcennutzung, Übersichtlichkeit, Betriebssicherheit und Minimierung umweltrelevanter Störungen zu einem Vorzeigebetrieb machen.
Die kleinen, robusten und effektiven Leuchtdioden sind aus vielen Beleuchtungsanwendungen im Alltag nicht mehr wegzudenken.
Wie Martin Stange ausführt, wurde die bei der Planung geforderte Energieeinsparung konsequent umgesetzt. „Unser Ansatz war es, verschiedene Energiesysteme im Gesamtprozess der Ver- und Entsorgung des Standorts zusammenzuführen. Wir nutzen dabei Abwärme aus diversen Fertigungsprozessen ebenso wie die natürlich vorhandene Umgebungskälte in den Wintermonaten. Im Sommer wird überschüssige Prozesswärme zusätzlich in die dann wertvolle Kälte umgewandelt“, erläutert Stange.
Da ist zunächst einmal das Prinzip der sogenannten freien Kühlung, das die in der Außenluft vorhandene Energie nutzt und daher hauptsächlich im Winter oder nachts zur Verfügung steht, wenn die Temperaturen unter 12 Grad Celsius liegen. OSRAM verwendet in Regensburg die Außenluft, um mit ihrer Hilfe das Kühlwasser für die Klimatisierung der Reinräume sowie das Prozesskühlwasser auf niedrigere Temperaturen zu bringen. In den Wintermonaten reicht die kalte Außenluft für die Kühlung der gesamten Anlage aus.
Die auf dem Dach der Fertigungshalle installierten Hybridkühler nutzen in den Wintermonaten die Umgebungsluft zur Kühlung der gesamten Anlage.
Da das Verfahren der freien Kühlung in den warmen Sommermonaten nicht genügend Kühlung liefert, wird es mit einem zweiten Verfahren kombiniert. Dieses nutzt die 120 Grad heiße gereinigte Abluft, die bei der Abgasreinigung entsteht. Im Sommer wird diese Heißluft in einer Absorptionskältemaschine in Kälteenergie umgewandelt und ebenfalls zur Kühlung verwendet. Im Winter wird die Abluft über Wärmeaustauscher in dem bestehenden Heizsystem direkt eingebunden und zum Vor- bzw. Nachwärmen der Klimaanlagen der neuen Gebäude eingesetzt.
Gereinigte Abluft wird in einer Kombination von Absorptionskältemaschine mit Adiabatikkühlwerken in Kälte umgewandelt.
Aber zwei Verfahren machen noch kein ganzheitliches Energiekonzept. Daher nutzt man in Regensburg auch die Abwärme aus der Stickstoffgewinnung für den Wärmekreislauf. Der Hintergrund: Für die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, zu denen LEDs zählen, wird Stickstoff benötigt, der früher von spezialisierten Unternehmen in flüssiger Form angeliefert wurde. Jetzt wird er direkt am Standort aus der Umgebungsluft gewonnen. In der dafür notwendigen Anlage laufen Kompressoren, die Abwärme erzeugen. Diese kann ebenfalls für die Klimatisierung verwendet werden. Ein weiterer für die Umwelt positiver Effekt der Stickstoffgewinnung vor Ort ist, dass die Anlieferung des Stickstoffs entfällt. Für das Werk in Regensburg bedeutet das, dass rund 100.000 Lkw-Kilometer pro Jahr weniger anfallen.
Stickstoff wird direkt auf dem Werksgelände aus der Luft gewonnen. Die dabei freiwerdende Kompressorenwärme wird in den hausinternen Wärmekreislauf aufgenommen und genutzt.
Wie Siegfried Schäffl, der Umweltschutzbeauftragte und leitende Sicherheitsingenieur des Werks, erläutert, ermöglichen die eingeführten Maßnahmen jährlich Energieeinsparungen von rund 13 Millionen Kilowattstunden (kWh) Gas und 4,5 Millionen kWh Strom. Bei den Energiepreisen Mitte 2009 entspricht dies – abzüglich der Investitionskosten – etwa 858.000 Euro.
Siegfried Schäffl, der Umweltschutzbeauftragte und leitende Sicherheitsingenieur des Werks kann sämtliche Kühlsysteme und Wärmekreisläufe der gesamten Anlage zentral steuern und kontrollieren.
„Unsere Investition von rund 1,7 Mio. Euro haben sich damit innerhalb von zwei Jahren amortisiert“, so Schäffl. Er resümiert: „Unabhängig von gesetzlichen Forderungen haben wir im Regensburger Werk ein ganzheitliches Energiekonzept konzipiert und umgesetzt, das den Energieverbrauch und damit auch die Menge der Treibhausgase stark reduziert. Jährlich ersparen wir der Umwelt damit rund 5.200 Tonnen CO2. Das zeigt uns, dass sich unsere Anstrengungen gelohnt haben, und darauf sind wir stolz.“