Teilnehmer aus Industrie, Forschung und Entwicklung diskutierten beim Workshop „Zirkuläre Wirtschaft – Strategien für Nachhaltigkeit & Effizienz in der Oberflächen- und Dünnschicht-Technologie“ am 3. und 4. Dezember 2024 über neue Ansätze für Technologien wie PVD, CVD und Plasmanitrieren. Neben bereichernden Gesprächen und neuen Kontakten bot der erfolgreiche Workshop tiefgehende Einblicke in die Energieintensität von Beschichtungsprozessen und innovative Lösungen zur Ressourcenschonung.
Energieintensive Prozesse als Ausgangspunkt
Die zentralen Themen des Workshops waren die hohe Energieintensität von Beschichtungsprozessen – rund 80 % der Prozessleistung fließen allein in das Kühlsystem – sowie das Recycling von Werkstoffen. Diese Tatsache unterstreicht die Dringlichkeit nachhaltigerer Ansätze in der Beschichtungstechnologie und lieferte die Grundlage für die Diskussionen und Vorträge.
Einführung in die Kreislaufwirtschaft
Nachhaltigkeit und CO2-Bilanzierung: Prof. Dr. Markus Michael, Texulting GmbH, eröffnete die Session mit Grundlagen der Nachhaltigkeit und deren Verankerung in den drei Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales. Michael ordnete die aktuellen Entwicklungen in die politischen Zielsetzungen und gesetzlichen Regelungen ein, wie zum Beispiel den EU-Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft. Besonderes Augenmerk legte Prof. Michael auf die CO2-Bilanzierung. Innerhalb Europas ist diese durch die bestehenden Regularien gut umsetzbar, jedoch bleibt sie außerhalb der EU eine große Herausforderung. Das langfristige Ziel der Kreislaufwirtschaft sei die Bereitstellung gleichwertiger Materialien bei gleichbleibender Qualität und eine Reduktion der CO2-Emissionen. Einen Schlüssel hierzu sieht Michael im Produktdesign: Es müsse stärker auf Wiederverwendbarkeit ausgerichtet werden, was jedoch ein langwieriger Prozess sei.
Energieeffizienz in der Oberflächentechnik:
Dr. Marcus Hans, RWTH Aachen, betrachtete die Nachhaltigkeit speziell im Kontext der Oberflächentechnik. Er zeigte auf, dass der Begriff der Nachhaltigkeit erstmals 1713 in der Forstwirtschaft geprägt wurde und heute aktueller ist denn je. In seinem Vortrag analysierte Dr. Hans die Prozessführung von PVD-Technologien (Physikalische Gasphasenabscheidung) und zeigte die Energiebedarfe der einzelnen Prozessbestandteile auf. Er machte auf den hohen Energiebedarf von PVD-Anlagen im Standby aufmerksam – so verbraucht eine Anlage im Standby-Betrieb etwa 90 %, verglichen mit einer prozessierenden Anlage. Hans stellte mögliche Strategien für den Einsatz recycelter Materialien vor. Als Lösungsansatz schlug er die Nutzung von Materialtargets aus Metallrückläufen vor, die, je nach erforderlichen Beschichtungseigenschaften, trotz atomarer Verunreinigungen ein hohes Potenzial für Beschichtungsanwendungen aufweisen könnten. Ressourcenschonende Prozesse im Hinblick auf globale Nachhaltigkeitsziele sind ein wichtiger Hebel für zukunftsweisende Materialentwicklungen.
Rechtliche Rahmenbedingungen und Kreislaufstrategien: Gregor Dietz, SEW-Eurodrive GmbH + Co. KG, betrachtete die rechtlichen Aspekte der Nachhaltigkeit und verknüpfte diese mit den Themen Digitalisierung, Lieferkette und Sicherheit. Unter den zahlreichen Richtlinien und Verordnungen – darunter REACH, RoHS und CSRD – konzentrierte er sich auf jene, die für die Kreislaufwirtschaft relevant sind. Besonders hervorzuheben ist das sogenannte „R-Konzept“, eine Sammlung an Kreislaufstrategien, die verschiedene Phasen des Produktlebenszyklus adressieren: Refuse, Rethink; Reduce by design; Reuse; Repair; Refurbish; Remanufacture; Repurpose; Recycle; Recover. Diese Strategien verfolgen das Ziel, den Energie- und Ressourceneinsatz zu verringern und die Lebensdauer von Produkten zu verlängern.
» Innerhalb Europas ist Kreislaufwirtschaft durch die bestehenden Regularien gut umsetzbar, jedoch bleibt sie außerhalb der EU eine große Herausforderung. «
Nachhaltigkeit durch Anlagen-Retrofit
In der Session Anlagen-Retrofit stellten Experten Schlüsselaspekte zur Verlängerung der Lebensdauer bestehender Anlagen und zur Förderung von Nachhaltigkeit in der Beschichtungstechnik vor und diskutierten verschiedene Ansätze, Herausforderungen und Potenziale, Bestandsanlagen nicht nur effizienter, sondern auch nachhaltiger zu machen.
Langlebigkeit als Grundlage der Nachhaltigkeit: Andreas Böhm, Plasmanitriertechnik Dr. Böhm GmbH, eröffnete die Session mit der Feststellung, dass Anlagen der Dünnschicht- und Oberflächentechnik bei guter Pflege über Jahrzehnte – bis zu 50 Jahre – genutzt werden können. Diese Langlebigkeit ist per se nachhaltig und erfordert lediglich die regelmäßige Wartung und den Austausch von Verschleißteilen. Insbesondere in der Plasmanitriertechnik Dr. Böhm GmbH, in der Anlagen unternehmensintern konstruiert und gefertigt werden, sorgen kompatible Anschlusskonzepte für eine zentrale visuelle Prozessüberwachung.
Durch die Vernetzung und kontinuierliche Datenaufzeichnung kann die vorbeugende Instandhaltung optimiert werden, was die Verfügbarkeit und Produktivität der Anlagen erhöht. Andreas Böhm teilte eine praktische Erfahrung: Der Austausch eines Klimakompressors durch einen zweiten Außenkühler reduzierte den Energiebedarf seines Unternehmens um 100.000 kWh pro Jahr – ein beeindruckendes Beispiel für den Einfluss kleiner, pragmatischer Schritte. Sein Fazit: Nachhaltigkeit muss nicht immer durch komplexe Maßnahmen erreicht werden, sondern kann oft durch gezielte Optimierungen verbessert werden.
Digitalisierung und moderne Steuerungstechnik: Frank Geißler, Kontron AIS GmbH, hob in seinem Vortrag die Vielfalt der Anlagen und die daraus resultierenden Anschlusskonzepte und Datenmengen hervor. Während Verschleißteile regelmäßig ausgetauscht werden müssen, erfordern auch Steuerungs- und Regelungstechnik regel-mäßige Upgrades, um die langfristige Verfügbarkeit der Anlagen zu sichern. Moderne Steuerungen bieten intuitive Bedienbarkeit, erleichtern die Interpretation von Anlagenreaktionen und verbessern die Cybersecurity – ein zunehmend wichtiger Aspekt, angesichts regulatorischer Anforderungen wie NIS-2 und dem EU Cyber Resilience Act (CRA). Diese Gesetze betreffen nicht nur große Unternehmen, sondern indirekt ebenfalls kleinere Zulieferbetriebe, was die gesamte Lieferkette in die Verantwortung nimmt.
Nachhaltigkeit durch Automatisierung: Aaron Strobel, LSA GmbH, empfahl, Nachhaltigkeitsmaßnahmen nicht allein durch Regularien zu steuern, sondern im Sinne der drei Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales zu handeln. Er stellte die Frage, ob stromintensive Vakuumbeschichtungsanlagen nachhaltig sein können, und beantwortete sie differenziert: Die Ressourcenbilanz eines Produkts hängt von vielen Parametern (wie beispielsweise Logistik) ab, nicht nur vom Energieverbrauch der Produktionsanlage. Automatisierung bietet dank Steigerung der Produktivität ein enormes Einsparpotenzial, Stillstände zu reduzieren und somit Ressourcen zu schonen. Strobel argumentierte, dass effektive Automatisierung nicht nur großen Unternehmen, sondern auch kleinen und mittelständischen Betrieben zugutekommt.
Intelligentes Materialdesign für die Kreislaufwirtschaft: Dr. Stefan Facsko, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, stellte das EU-Projekt ReMade@ARI vor. Es unterstützt Wissenschaftler dabei, wiederverwendbare Materialien zu entwickeln, die langlebiger, leichter zu reparieren und zu recyceln sind. ReMade@ARI bietet Zugang zu über 50 europäischen Forschungseinrichtungen und fördert damit den Übergang zu einer echten Kreislaufwirtschaft.
» Nachhaltigkeitsmaßnahmen sollten nicht allein durch Regularien, sondern im Sinne der drei Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales gesteuert werden «
Nachhaltige Prozessführung durch Retrofit
Referenten der Session „Retrofit für die Prozessführung“, präsentierten innovative Ansätze zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit in der Dünnschicht- und Oberflächentechnik.
Verbesserte Ausbeute durch Rohrmagnetrons und Prozess-Monitoring: Thomas Vartiainen, Avaluxe International GmbH, eröffnete seinen Vortrag mit einer Problem-Diagnose: Klassische Sputter- und Verdampfungsprozesse zeichnen sich durch eine geringe Materialausbeute aus. Rohrmagnetrons steigern die Ausbeute aber auf beeindruckende 70 bis 80 % . Diese Technologie bietet zudem eine viermal längere Lebensdauer im Vergleich zu Flachtargets. Darüber hinaus hob Vartiainen die Bedeutung eines optimierten Prozess-Monitorings hervor. Ungewollte Wasserrückstände während des Vakuumziehens können beispielsweise die Beschichtungsqualität negativ beeinflussen. Ein verbessertes Monitoring ermöglicht es, derartige Effekte zu minimieren, die Reproduzierbarkeit zu erhöhen und letztlich den Energieverbrauch zu senken. Ein weiterer vielversprechender Ansatz für die Zukunft sind sogenannte CO2-Tools, die den ökologischen Fußabdruck von Prozessen sichtbar machen. Vartiainen wies jedoch auch auf die Herausforderungen hin: Ein Großteil des Beschichtungsmaterials wird nicht auf das Bauteil, sondern auf die Anlagenoberflächen abgeschieden. Obwohl Recyclingmaßnahmen für die verbleibenden Targetreste wichtig sind, werden diese oft aus wirtschaftlichen Gründen nicht umgesetzt. Der Referent betonte, dass eine höhere Materialausnutzung und die Integration von CO2-Einsparpotenzialen hier einen deutlichen Mehrwert schaffen könnten.
KI-gestützte Prozesssteuerung für Plasma-Nitrocarburierung: Henrik Zimmermann, neoplas control GmbH, führte die Diskussion mit einem Blick auf die aktive Prozesssteuerung fort. Hier kommen moderne KI-Methoden zur Optimierung von Plasma-Nitrocarburier-Prozessen ins Spiel. Direkte Oberflächenmessungen in derartigen Prozessen sind häufig nicht praktikabel, weshalb sich neue Ansätze auf die Überwachung molekularer Plasma-Prozessgrößen in Echtzeit konzentrieren. Die Kombination aus kontinuierlicher Gaseinbringung und einer intelligenten Prozessregelung ermöglicht es, die energetische Effizienz zu steigern und gleichzeitig die Prozessstabilität zu verbessern. Zimmermann stellte vor, wie ein nachrüstbarer Spurengas-Sensor auf spezifische Kundenanforderungen ausgerichtet werden kann. Dies optimiert nicht nur die Stabilität und Reproduzierbarkeit der Prozesse, sondern verkürzt auch Prozesszeiten und erhöht die Gesamtfunktionalität.
Thomas Vartiainen, Avaluxe International GmbH, sprach über die verbesserte Metallausbeute bei klassischen Sputter- und Verdampfungs-Prozessen - Foto: EFDS
Recycling und Umwelttechnik
Die Session „Recycling & Umwelttechnik“ fokussierte innovative Ansätze zur Förderung der Nachhaltigkeit in der Produktion und Nutzung von Ressourcen in der PVD-Technologie sowie in der Solarindustrie. Experten präsentierten Strategien und Technologien, die nicht nur die Ressourcennutzung verbessern, sondern auch den Übergang zu einer zirkulären Wirtschaft vorantreiben.
Simulation und Prozessdesign für nachhaltige PVD-Verfahren: Rolf Schäfer, robeko GmbH & Co. KG, betrachtete den Gesamtkreislauf umfassend – angefangen bei Simulationen bis zum Recycling in der PVD-Technologie. Er stellte zwei Softwarelösungen vor, die basierend auf vorgegebenen Schichteigenschaften eine optimierte Prozessführung berechnen. Ein zentraler Punkt seines Vortrags war die zukünftige Integration von Simulation und Hardware. Diese Kombination soll die Nutzungsdauer von Anlagen verlängern und gleichzeitig die Prozessstabilität verbessern. Im zweiten Teil seines Beitrags widmete er sich den Design-Aspekten von Target- und Magnetsystemen. Dabei zeigte er, wie die Auswahl der Sputterquelle und geometrische Anpassungen die Ausnutzung von Materialien beeinflussen können. Durch die Optimierung der Kampagnenstandzeit und die Berücksichtigung von Abfall- und Recyclingfähigkeiten lässt sich die Wirtschaftlichkeit erheblich steigern.
Strategien für einen nachhaltigen Stoffkreislauf von Sputtertargets: Dr. Ruben Wagner, GfE Fremat GmbH, führte in seinem Vortrag in die Strategien eines nachhaltigen Stoffkreislaufs ein, mit einem besonderen Fokus auf Sputtertargets. Er beleuchtete die gesamte Wertstoffkette – von der Rohstoffbereitstellung über die Targetfertigung bis hin zu den Anforderungen des Recyclingprozesses. Er zeigte, wie durch die enge Zusammenarbeit zwischen Targetherstellern und Anwendern die Geometrie von Targets optimiert und die Materialausnutzung gesteigert werden kann. Seine Präsentation hob hervor, dass die Effizienz in der Rohstoffnutzung entscheidend ist, um sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile zu erzielen. Ein wichtiger Aspekt war die Entwicklung von Konzepten zur Rückführung verbleibender Abprodukte in den Rohstoffkreislauf. Wagner stellte verschiedene Ansätze vor, wie gebrauchte Sputtertargets wiederverwendet werden können, und erläuterte die damit verbundenen technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen.
Herausforderungen in der zirkulären Solarindustrie: Jan Bargel, Solar Materials GmbH, gab einen Einblick in die Herausforderungen und Potenziale einer zirkulären Solarindustrie. Der wirtschaftliche Antrieb begründet sich in der Rückgewinnung von Silber – dem wertvollsten Material in Solarmodulen. Dies wurde anhand der Recyclingstrategie komplexer Solarmodule aufgezeigt. Die steigende Nachfrage nach effizienten Recyclingprozessen wurde als zentrale Herausforderung der nächsten Jahre identifiziert. Der Vortrag betonte, dass es nicht nur darum geht, Materialien zurückzugewinnen, sondern diese auch sinnvoll wieder in den Produktionskreislauf einzubringen.
» Die Optimierung von PVD-Prozessen, effiziente Recyclingstrategien sowie die Förderung zirkulärer Ansätze in der Solarindustrie verdeutlichen die Synergie zwischen Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit.«
Nachhaltigkeit und Innovation in der Beschichtungstechnologie
Der Workshop beleuchtete vielfältige Ansätze, Herausforderungen und Chancen zur Förderung der Nachhaltigkeit in der Oberflächentechnik. Dabei wurden technologische, wirtschaftliche und ökologische Aspekte umfassend betrachtet. Die Umsetzung von Nachhaltigkeitsstrategien erfordert die Bewältigung technologischer Hürden und die Berücksichtigung ökonomischer Rahmenbedingungen. Besonders die Rückgewinnung von Materialien in gleichwertigem Zustand bleibt eine Herausforderung, die innovative Ansätze wie den Einsatz weniger reiner Materialien notwendig macht. Die Ermittlung und zukünftige Integration des CO2-Fußabdrucks in die Produktionsprozesse könnte Unternehmen zudem Wettbewerbsvorteile verschaffen, indem sie Transparenz und Optimierungsmöglichkeiten eröffnen.
Retrofit-Maßnahmen und Simulationstechnologien wurden als Schlüsselfaktoren identifiziert, um die Lebensdauer von Anlagen zu verlängern, Ausfallzeiten zu minimieren und die Wertschöpfung zu steigern. Auch kleinere Fortschritte in der Effizienzsteigerung können in der Praxis erhebliche Vorteile bringen und betonen die Notwendigkeit eines realistischen Innovationsmanagements.
Die technische Modernisierung bestehender Anlagen – kombiniert mit gezielter Automatisierung und intelligentem Materialdesign – bietet eine nachhaltige Lösung, um ökologische und ökonomische Ziele zu vereinen. Pragmatismus, wie der Austausch einzelner Komponenten oder die Optimierung bestehender Systeme, kann hierbei große Wirkung entfalten.
Besonders in der Session „Recycling & Umwelttechnik“ wurde das Potenzial der zirkulären Wirtschaft hervorgehoben. Die Optimierung von PVD-Prozessen, die Entwicklung effizienter Recyclingstrategien und die Förderung zirkulärer Ansätze in der Solarindustrie verdeutlichen die Synergie zwischen Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit.
Der EFDS-Workshop zeigte die enormen Herausforderungen, vor welchen die Unternehmen der Oberflächen- und Dünnschichtbranche stehen. Es zeigte sich, dass die Herausforderungen zur Umsetzung auch als Chancen gesehen werden können. Durch Kooperationen, innovative Ansätze und eine enge Verzahnung von Forschung und Industrie lassen sich nicht nur ökologische Ziele erreichen, sondern auch Wettbewerbsvorteile sichern. Die vorgestellten Strategien und Technologien legen den Grundstein für eine nachhaltige, effiziente und zukunftsorientierte Oberflächentechnik.
Aufgrund der Aktualität wird die EFDS diesen Themenkomplex in dem Workshop „Rohstoffversorgung der Zukunft – Kreislaufwirtschaft: Herausforderungen und Chancen für die Werkstoffe der Dünnschichttechnik“ am 8. und 9. April 2025 in Kempten aufgreifen. Darüber hinaus beschäftigt sich die internationale Konferenz V2025 vom 13. bis 16. Oktober 2025 in Dresden intensiv mit den Themen Sustainability, Resiliance & Circular Economy.
