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Produzione di azoto rispettosa del clima per la produzione di elettronica

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Generazione di azoto in loco per una maggiore flessibilità

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L'azoto (N2) è una materia prima essenziale nei processi di saldatura per la produzione di componenti THT di alta qualità. La generazione in loco di N2 offre la possibilità di produrre autonomamente il gas inerte in modo economico ed ecologico. AME, un produttore olandese di prodotti elettronici di alta qualità, produce il suo azoto in modo sostenibile e riduce così la sua impronta di carbonio. Questo è possibile grazie all'uso di tecnologie innovative di PSA e idrogeno, nonché di moderne tecniche di recupero del calore in combinazione con l'elettricità verde.

L'azienda Applied Micro Electronics, AME in breve, produce con circa 250 dipendenti componenti e prodotti elettronici nei settori della conversione di potenza, dell'Internet of Things e della tecnologia dei sensori. I componenti di alta qualità sono utilizzati, tra l'altro, in turbine eoliche, auto elettriche ed elettrodomestici. I corrispondenti assemblaggi THT sono prodotti da AME vicino a Eindhoven come parte del processo di saldatura selettiva. Dal passaggio alle saldature senza piombo nel 2006, l'azoto è stato usato per la prima volta nella fabbrica dell'azienda come parte della fornitura di azoto liquido (LIN) per creare la necessaria atmosfera protettiva durante il processo di saldatura. L'uso dell'azoto liquido ha richiesto l'installazione di un serbatoio per il suo stoccaggio. Poiché la produzione e il corrispondente consumo di LIN sono cresciuti significativamente da allora, l'azoto è stato consegnato via camion a intervalli sempre più brevi, recentemente ogni settimana. Il limite è stato raggiunto. La possibilità di aumentare la capacità del serbatoio non è stata perseguita. Si dovevano evitare a tutti i costi le costose misure di costruzione e i costanti processi di monitoraggio, pianificazione e acquisto per evitare carenze di azoto. Anche le consegne regolari di camion e il relativo inquinamento di CO2 e di polveri sottili per l'ambiente dovrebbero essere ridotti nell'interesse della sostenibilità.

Alternativa ecologica:

Autoproduzione di azoto con H2

Si è cercata una soluzione alternativa per l'approvvigionamento di azoto e così è stata presa in considerazione la produzione interna di azoto direttamente in loco con l'aiuto di generatori. Il suggerimento decisivo è arrivato infine dall'azienda Kurtz Ersa, che fornisce al produttore di elettronica i suoi sistemi di saldatura selettiva di alta qualità.

Inoltre, la Ersa collabora da anni con la Inmatec GaseTechnologie, un produttore leader di generatori di azoto e ossigeno, per poter offrire ai propri clienti la fornitura di gas protettivo per diversi processi di saldatura da un'unica fonte. I prodotti Inmatec possono essere integrati senza problemi in tutti i processi di saldatura selettiva, a onda o a riflusso e garantiscono un'alimentazione ininterrotta di N2.

Il sistema, installato nel marzo 2021, comprende un generatore di azoto PNC 9000 ConNect e un catalizzatore di idrogeno (Nkat 40). Come prima fase del prodotto, il generatore produce circa 40 m3 di azoto all'ora con una purezza del 99,9%. Ciò avviene tramite la tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption), che adsorbe l'ossigeno e la CO2 dall'aria ambiente in due contenitori a pressione. La moderna tecnologia di flusso e turbolenza della serie di modelli PNC facilita questo processo e richiede molto meno aria compressa rispetto alle tecnologie convenzionali. L'azoto ottenuto viene poi arricchito con piccole quantità di idrogeno (H2) nel catalizzatore di idrogeno. La qualità dell'azoto viene aumentata al 99,999% attraverso una reazione catalitica tra idrogeno e ossigeno residuo. Questo processo innovativo produce azoto ad alta purezza con un fattore di aria compressa estremamente basso di 3,0 (consumo di aria compressa di 120 m3 all'ora). Questa gestione del processo a due stadi riduce notevolmente il consumo di energia per l'alimentazione di aria compressa.

Per fare un confronto: La produzione di N2 con generatori PSA convenzionali ha un fattore di aria compressa di 10-14. I moderni generatori che utilizzano la tecnologia PNC di Inmatec, invece, richiedono da 6,7 a 7,2 m3 di aria compressa per generare 1m3 di azoto. Questo fattore si riduce a 2,9 - 3,5 utilizzando la tecnologia PNC con l'aggiunta della tecnologia a idrogeno NKat. Il consumo d'aria compressa e il corrispondente consumo energetico possono essere ridotti fino all'80%.

Recupero di calore ed elettricità verde

Ma può essere ancora meglio. Il produttore di elettronica usa solo elettricità verde generata in modo sostenibile nella sua fabbrica, generata da energie rinnovabili. Inoltre, il calore generato nel processo di generazione dell'N2 viene riutilizzato 1:1 all'interno della fabbrica. Anche l'energia elettrica necessaria per generare aria compressa viene convertita in calore residuo. Oltre al generatore, al catalizzatore di idrogeno e al compressore d'aria, il pacchetto completo fornito per la produzione di azoto comprende anche un sistema per il recupero del calore dell'aria calda. L'aria riscaldata, che viene aspirata per raffreddare il compressore, viene scaricata verso l'alto attraverso un condotto dell'aria di scarico e trasmessa ai locali di stoccaggio. Qui il calore residuo viene utilizzato per riscaldare i locali, i combustibili fossili per questo processo vengono sostituiti al 100%.

I risparmi annuali che si possono realizzare con questo sono enormi. Per i sistemi di saldatura, che sono in funzione 24 ore al giorno, 5 giorni e mezzo alla settimana, vengono consumati solo 74.000 KWh di elettricità invece di 247.000 KWh rispetto alla produzione di N2 con un generatore di azoto convenzionale. Il risparmio annuale di CO2 è di 93 tonnellate.

"La soluzione per la fornitura di N2 attraverso un processo a due fasi che utilizza la tecnologia PSA e idrogeno è arrivata esattamente al momento giusto. Possiamo usare l'energia verde per generare azoto e utilizzare l'aria di scarico per riscaldare il nostro magazzino. Nel complesso, questa è una soluzione molto più scalabile. Possiamo espandere i nostri sistemi di saldatura in futuro senza dover costruire altri grandi serbatoi nei locali della nostra azienda. Inoltre, possiamo facilmente adattare la purezza dell'N2 al rispettivo processo di saldatura", afferma Joep Daemen, Manager Factory Innovations & Investment di Applied Micro Electronics.

Scalabilità ed elevata purezza

L'azoto autogenerato viene utilizzato in tutti i processi di saldatura presso il produttore di elettronica. Questo è anche il caso dei tre sistemi di saldatura Versaflow nell'area THT, dove viene fornito il gas protettivo per un totale di 18 crogioli. L'azoto impedisce così l'ossidazione dei punti di saldatura e garantisce connessioni di saldatura di alta qualità. La formazione di scorie, la formazione di baffi e le lunghe rilavorazioni appartengono al passato.

L'azoto autogenerato ha il vantaggio che la purezza può essere regolata per ogni processo. Un'elevata purezza del 99,999% è richiesta per la saldatura selettiva. D'altra parte, la saldatura a riflusso, che sta diventando sempre più importante in fabbrica, lavora con purezza meno elevata (99,95-99,99%), ma con flussi di volume più elevati. Il sistema di generazione di N2 di Inmatec è scalabile a piacere e può quindi continuare a fornire la quantità di N2 richiesta in futuro.