Passer au contenu principal
Exemples de réussite en Rhénanie-du-Nord-Westphalie

ESK-SIC GmbH

– Économiser les ressources dans la production de carbure de silicium –

Le carbure de silicium est une matière première essentielle et très recherchée pour de nombreuses applications. Cependant, son extraction est très énergivore et consomme d'importantes ressources. L'entreprise ESK-SIC de Frechen va prochainement lancer sa production grâce à un procédé entièrement nouveau, développé en interne, remplaçant ainsi un procédé de fabrication vieux de 130 ans et permettant de réduire les émissions de CO₂ jusqu'à 80 %

Passez à la section suivante

Le défi

Le terme « carbure de silicium » (SiC) est peut-être inconnu du grand public. Pourtant, nous l'avons tous rencontré. Ce matériau joue un rôle essentiel dans notre vie quotidienne. On l'utilise, par exemple, dans le revêtement en téflon des poêles ou dans les revêtements de sol des bus et des passerelles pour garantir une bonne adhérence. Ses propriétés exceptionnelles sont particulièrement visibles dans des applications techniques telles que les filtres à particules diesel, les plaquettes de frein, les meules et comme revêtement thermique dans les usines d'incinération des déchets. Le SiC est surtout utilisé comme matériau céramique haute performance. Il y joue un rôle indispensable dans la production d'accessoires de fours et d'échangeurs de chaleur et prend une importance croissante dans les composants céramiques pour la fabrication additive et l'industrie des semi-conducteurs. La nouvelle génération de matériaux semi-conducteurs repose en grande partie sur le SiC, grâce à ses propriétés particulières : faible usure, dureté élevée, résistance thermique, légèreté combinée à une haute résistance à la corrosion et une bonne conductivité électrique et thermique. Selon le Dr Stefan Wild, responsable de la recherche et du développement chez ESK-SIC GmbH à Frechen, un million de tonnes de carbure de silicium (SiC) sont produites chaque année dans le monde, et ce chiffre est en constante augmentation. Cependant, un problème majeur se pose, voire plusieurs. Le matériau est produit à partir de sable et de coke de pétrole selon un procédé complexe resté pratiquement inchangé depuis plus de 130 ans. Le sable est une ressource non renouvelable et le coke de pétrole est un dérivé du pétrole. Des températures extrêmement élevées, supérieures à 2 000 degrés Celsius, sont nécessaires pour amorcer la réaction chimique entre les matières premières.La réaction elle-même génère des émissions de CO₂ supplémentaires. De plus, selon Wild, malgré les efforts considérables déployés, plus de 40 % de la matière première obtenue est de qualité inférieure. Or, jusqu’à présent, aucun procédé plus performant n’a été trouvé.

Commandité par :

  • Photos : Fraunhofer IKTS
  • Texte : Lothar Schmitz, journaliste économique, Bonn
  • Publication : novembre 2024

L'innovation

Matthias Hausmann, directeur général d'ESK-SIC, s'en préoccupait déjà il y a plusieurs années. L'entreprise reçoit de la matière première SiC qu'elle transforme en poudres et en granulés destinés à une grande variété d'applications. Environ 30 000 tonnes de SiC de différentes qualités sortent chaque année de l'usine de Frechen. Depuis 2016, M. Hausmann, en collaboration avec ses collègues du département recherche et développement de l'entreprise et des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS) de Dresde, travaille sur un procédé de fabrication du SiC alternatif, économe en ressources et en énergie, et donc moins polluant. Aujourd'hui, l'équipe R&D de l'entreprise, dirigée par Stefan Wild, collabore avec l'IKTS sur des matériaux SiC durables et parvient à adapter au mieux les particules de SiC à leurs applications respectives lors de leur fabrication durable. M. Wild qualifie de « véritablement révolutionnaire » le résultat préliminaire de cette collaboration : un nouveau procédé, baptisé « RECOSiC », permettant de produire du SiC aux propriétés améliorées, destiné à remplacer un jour le procédé actuel datant des années 1890. « Ce procédé consomme moins d'électricité, émet moins de CO₂et permet même d'obtenir de meilleures propriétés des matériaux », explique Wild. Ceci est rendu possible grâce à l'utilisation de fours spéciaux à haute température qui garantissent des conditions de réaction homogènes et optimisent considérablement l'utilisation de l'énergie. De plus, une proportion importante de matériaux contenant du SiC de qualité inférieure est utilisée. « Il y en a en abondance », souligne Wild. Tous les sous-produits de la production de composants à base de SiC peuvent être recyclés et réintégrés dans la chaîne de valeur. Selon Wild, cela permet, pour la première fois, une économie circulaire pour tous les matériaux à base de SiC. Il précise que le nouveau procédé ne nécessite que deux mégawattheures d'énergie par tonne de SiC, contre 7,2 mégawattheures pour le procédé traditionnel.Les émissions de CO₂ sont jusqu'à 80 % inférieures avec « RECOSiC ». Par ailleurs, toujours selon Wild, le rendement en SiC de haute qualité est nettement supérieur à celui du procédé précédent.

L'effet NRW

La production à l'échelle industrielle va bientôt démarrer. À Frechen, l'entreprise investit jusqu'à 150 millions d'euros dans une usine qui produira 12 000 tonnes de SiC par an grâce au procédé « RECOSiC ». « Cela ne représente qu'un pour cent de la production mondiale annuelle actuelle », explique Wild, « mais nous sommes convaincus que notre procédé s'imposera. » En avril 2024, Mona Neubaur, ministre de l'Économie de Rhénanie-du-Nord-Westphalie, a visité le chantier. Étaient également présents le professeur Alexander Michaelis, directeur de l'Institut Fraunhofer des technologies et systèmes céramiques (IKTS), et Jörg Adler, responsable du département des céramiques non oxydes de l'IKTS. Cet institut, basé à Dresde, prévoit d'établir un centre technologique sur le site d'ESK-SIC à Frechen. ESK-SIC collabore également avec des entreprises de la région sur des aspects clés du projet. Par exemple, tous les services d'ingénierie et une grande partie de la construction de l'usine sont assurés par des entreprises de Rhénanie-du-Nord-Westphalie. « Ici, la coopération entre l'industrie et la science est parfaite ; le résultat est unique au monde », a déclaré la ministre Neubaur lors de sa visite du site. Wild calcule l'impact environnemental futur : « Avec une production annuelle de 12 000 tonnes grâce à notre nouveau procédé, nous aurons besoin de 18 000 tonnes de sable et de 11 000 tonnes de coke de pétrole en moins. Nous économiserons ainsi 67 000 tonnes de CO₂ . »

Ce témoignage de réussite d'une transformation innovante a été publié en novembre 2024. Aucune mise à jour ni révision de ces informations n'a eu lieu depuis.

Plus d'informations sur le sujet de l'environnement

Transformation par l'innovation

Contexte de la série de publications

La série de publications « Transformation par l’innovation » vise à illustrer comment les entreprises de Rhénanie-du-Nord-Westphalie ont pu écrire des histoires d’innovation réussies grâce aux conditions-cadres créées par le Land de Rhénanie-du-Nord-Westphalie.

Souhaitez-vous figurer dans une prochaine édition ?
Veuillez alors nous contacter à l’adresse suivante :

info@nrwinnovativ.de