Resonac循环经济三举措:半导体溶剂回收碳足迹降70%

要点:

  • Resonac 宣布,自2012年起与 Kioxia(铠侠)持续开展半导体前道工序用高纯度溶剂的水平回收。
  • 再生溶剂相比原生溶剂可减少70%的碳足迹(CFP),并已构建更低成本的供应体制。
  • 在使用后塑料气化化学回收、再生材占比90%的铝合金领域,Resonac 也在兼顾环境价值与经济合理性。

10月13日,Resonac 召开循环经济举措说明会,介绍三项业务:半导体制造用高纯度溶剂回收、使用后塑料气化化学回收、利用铝废料的低CO2高强度铝合金。

Resonac 正将可持续发展举措从强化经营基础的阶段,转向把社会与环境价值转化为经济价值、创造增长机会的阶段。作为其中一环,公司会评估对社会与环境的贡献、与利益相关者的共创、未来性、对业务的影响等,将有望改变社会的产品和服务认定为“Resonac Pride产品/服务”。

在此次介绍的三项举措中,半导体制造用高纯度再生溶剂计划于2026年10月底被认定为 Resonac Pride 产品/服务;低CO2铝合金已于2025年、气化化学回收已于2024年分别获得认定。

半导体前道工序反复使用的高纯度溶剂

Resonac 的信息电子化学品事业部负责半导体和电子器件制造工序中使用的高纯度气体与高纯度溶剂。其中,高纯度溶剂以“SOLFINE”品牌展开,特点是除环己酮等单一溶剂外,还提供约40种由 PGME 与 PGMEA 等组合而成的独有组成产品。

SOLFINE 是 Solvent(溶剂)与 Fine(高功能、高纯度、高品质)组合而成的造词,制造中结合了公司在石油化学业务中积累的精制技术、安全处理危险化学品的操作技术,以及在半导体材料中打磨出的微量分析技术。

半导体前道工序会反复进行成膜、光刻、蚀刻、CMP 等处理,在硅晶圆上形成电路。各工序需要清洗,以防颗粒、残渣、杂质带入下一工序。SOLFINE 主要用于 CMP 研磨后和图案形成后的清洗、蚀刻后的剥离剂、冲洗、残渣去除等。

与铠侠合作实现高纯度溶剂水平回收

Kioxia 也使用上述高纯度溶剂。Resonac 回收这些使用后的溶剂,再使其能够用于同一工序并提供给 Kioxia。具体来说,回收使用后溶剂后,进行蒸馏、精制,再加入部分原生溶剂调整品质和组成,最后作为高纯度再生溶剂交付 Kioxia。这不是将回收溶剂降级用于品质要求较低的其他用途,而是返回相同半导体制造用途的水平回收。原生品与再生溶剂使用不同容器。

该举措始于2012年,到2026年已进入第14年。由于使用后溶剂的性状并非始终稳定,商业化时公司在实验室反复进行精制试验,在预测和验证品质的同时,确立了最佳精制条件。

对于未知杂质可能引发品质异常的问题,公司利用山口县德山事业所的技术查明原因,并重新审视精制条件与分析方法。

在半导体材料中,微量杂质也可能影响良率和器件特性。采用再生材料时,必须像原生材料一样管理杂质,并持续保证所需纯度和品质。Resonac 表示,精密蒸馏与微量分析这两项技术,加上与 Kioxia 建立能够共享环境课题和品质课题的关系,使长期运行成为可能。

相比原生溶剂 CFP 减少70%

据 Resonac 估算,高纯度再生溶剂全生命周期的碳足迹(CFP)为每 kg 产品 3.3 kg-CO2e。原生溶剂为 11.3 kg-CO2e,因此相比之下减少 8.0 kg-CO2e,降幅为70%。这得益于减少了从原材料制造溶剂的工序,以及使用后的废液处理。

在基于生命周期评价(LCA)的环境影响评估中,再生溶剂相比原生溶剂可将整体环境负荷降低70%。按类别计算,气候变化影响降低70%,水圈生态毒性降低79%,城市大气污染降低63%,资源消费降低71%,废弃物降低79%。

随着半导体市场扩大,材料需求也在增加。若能使用后材料返回制造工序,不仅可减少废弃物和温室气体(GHG)排放,还有助于材料稳定供应。尤其有机溶剂以化石资源为起始原料,容易受到进口地区和运输路径等地缘政治风险影响。因此,在日本国内建立回收、精制、再利用的循环,可降低对新原料的依赖,并成为降低采购风险的手段。

构建比原生品更低价的供应体制

要让再生材料作为业务持续下去,不仅需要环境性能,也需要经济合理性。Resonac 称,高纯度再生溶剂通过结合处理量与精制技术,已构建起能够比原生品更低价供应的体制。

具体价格和收益性因涉及与客户的合同而未公开。不过,Resonac 认为,并非因为环境性能而让客户购买高价产品,而是包括品质、稳定供应、价格在内的业务能够成立,这才是交易持续14年的原因。

Resonac 最高可持续发展责任者(CSuO)松古树美表示,当前已不是二选一地选择可持续性或经济性的阶段,而是应从如何将具有环境价值的产品业务化的角度推进工作。她还指出,客户对碳中和和资源循环的要求正在提高,材料制造商与客户共同打造技术和循环机制的环境正在形成。

首先扩大前道材料中的适用溶剂

Resonac 今后将利用 SOLFINE 积累的精制、微量分析、质量管理技术,把回收对象扩大到目前尚无法回收的溶剂。公司未公开具体溶剂名称和实用化时间,但已列出多个候选并推进技术验证。

在用途方面,公司计划从包括 NAND 在内的半导体存储器,扩展到其他半导体,并进一步拓展到包括 EV 电池在内的半导体以外领域。

另一方面,对于半导体后道材料,公司认为当前很多产品应优先制造和稳定供应,循环利用的完成案例仍然有限。因此,拥有危险化学品处理和精制技术知识的 Resonac,将首先扩大晶圆工艺中使用的前道材料回收。

半导体产业正推进微细化和堆叠化,对材料品质要求不断提高。要扩大高纯度材料回收,需要稳定使用后材料的回收量和性状,在保证与原生材料同等品质的同时实现经济合理性。这无法仅靠一家材料制造商完成。Resonac 表示,将与客户共同解决品质和环境课题,分阶段扩大对象溶剂和用途。

将使用后塑料作为“城市油田”利用

Resonac 向半导体及广泛产业推广的另一项循环技术,是使用后塑料的气化化学回收。

全球塑料消费量预计将从2019年的约4.6亿吨增至2060年的约12亿吨,而使用后塑料的全球回收率仅为9%。

日本在2024年回收了约911万吨使用后塑料,其中67%为利用焚烧热量的热回收,作为材料再利用的材料回收为20%,回到化学原料的化学回收仅为2%。

此外,多层树脂薄膜,以及混入金属、纸、食品残渣、氯等的使用后塑料,往往难以按材料分选,可能不适合材料回收。Resonac 在川崎事业所将这类难回收塑料高温气化,分解为以氢和一氧化碳为主的合成气。氢被用作氨和丙烯腈等原料,一氧化碳则转化为二氧化碳,用于液化碳酸气和干冰。

生产出的基础化学品被用于半导体制造、粘合剂、碳纤维、医药农药、肥料、燃料电池、食品、物流等领域。

年处理6万吨,占日本国内化学回收25%

Resonac 的气化化学回收工厂具备每年约6万吨、每天约200吨使用后塑料的处理能力。这相当于日本全国分类收集的容器包装塑料约10%,以及日本国内化学回收量约25%。该厂于2003年开始商业运营,到2026年9月底累计处理量达到130万吨。

公司自2012年以后实现盈利,商业运营已持续20年以上。其优势在于,能够接收复合材料和受污染塑料,并将所得合成气几乎100%作为产品利用。

由使用后塑料来源的氢制造的氨,相比城市燃气来源的普通氨,制造时 GHG 排放量可减少80%以上。目前用于制氨的氢中,使用后塑料来源和城市燃气来源各约占50%,公司目标是2030年4月以后过渡到100%使用后塑料来源氢。

此外,除现有的氢、氨、丙烯腈、碳酸气外,公司还在开发和实证直接制造乙烯、丙烯、BTX 等基础化学品原料的新技术。2026年4月将启动中试设备运行,目标是在2030年代中期实现商业化。

再生材90%仍提高强度的铝合金

在铝领域,Resonac 开发了低CO2高强度铝合金“SU641”,在再生材使用比例达到90%的同时,确保与以往材料同等以上的强度。

铝锻件的 GHG 排放量约有8成来自原生铝锭制造:先从铝土矿制造氧化铝,再消耗大量电力进行电解精炼。

相比之下,将铝废料熔炼制造的再生铝锭无需电解精炼,与原生铝锭相比可将 GHG 排放量减少97%。但废料中含有铁等杂质。铁增加会使 Al-Fe 系金属间化合物粗大化,并在应力集中下导致强度和延伸率下降。

SU641 利用计算科学和 AI,设计出考虑废料来源杂质的材料与制造工艺。公司结合铸造、锻造和评价技术,控制金属间化合物形状,从而在增加废料使用量的同时保持强度。原本约需3年的合金开发,也通过计算科学、AI、实验、分析、制造数据的联动缩短至约6个月。

原材料构成为:原生铝锭10%、市场废料50%、公司内部废料20%、客户工序边角料20%。GHG 排放量从原生铝锭100%时的每 kg 11.7 kg-CO2e 降至 3.7 kg-CO2e,减少约68%。

该合金设想用于汽车悬架部件,客户认证工作正在推进。公司未公开特定车型和量产时期。除悬架外,公司还计划根据客户要求设计新合金。这类合金不需要新的专用制造设备,可利用现有铸造、锻造设备生产,且使用比原生铝锭更便宜的再生铝锭,因此经济合理性也成立。

环境价值能否转化为业务增长

半导体用高纯度溶剂、使用后塑料、铝合金三个案例虽然面向的市场和循环方式不同,但共同点在于:从客户或排放企业回收使用后材料,并通过 Resonac 的精制、分析、合金设计、气化等技术,将其提升到可再次用于产业的品质。

同时,公司也重视不依赖因环境价值而产生的额外成本,而是作为具备经济合理性的业务持续和扩大,例如比原生品更便宜的高纯度再生溶剂、可用现有设备制造的低CO2铝合金、以及2012年实现盈利的气化化学回收。

在半导体材料领域,循环利用需要优先考虑品质和稳定供应,因此完成案例还不多。在此背景下,Resonac 与 Kioxia 的高纯度溶剂回收持续14年,兼顾返回同一前道用途的水平回收与经济合理性,可能成为扩大半导体材料循环利用的一个模型。

今后,如果 Resonac 以半导体前道为中心扩大可回收溶剂阵容,有望同时实现:降低对石油原料进口依赖的有机溶剂供应、降低地缘政治风险、稳定材料供应、减少废弃物和 GHG 排放,并扩大循环型业务。过去,环境技术常被视为与现有主业不同语境的业务,但该公司的这些举措与主业相关,可说是兼顾企业成长与环境保护的成果。

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