半導体産業における窒素酸化物（NOx）排出削減のための効率的なソリューション

酸性雨や強烈なスモッグ-健康と自然に対するこれらの脅威は、NOx（窒素酸化物NO2およびNO）によって引き起こされる。燃焼過程で発生する有害なNOxへの対処は、多くの産業において現実的な課題となっている。

DAS Environmental Expertsは、半導体産業やその他の産業に適したNOx処理のターンキー・ソリューションを開発した。

窒素酸化物とは何か、環境と健康にどのような影響を及ぼすのか？

NOxと略される窒素酸化物は、石油、ガス、石炭、木材などの化石燃料の燃焼によって発生するガス状化合物である。窒素酸化物には、一酸化窒素（NO）と二酸化窒素（NO2）が含まれる。

一酸化窒素（NO）は無色の生理活性物質で、体内ではメッセンジャー物質などとして利用されている。血管を拡張する作用があるため、心臓病学や心臓手術、新生児の肺高血圧症の治療に用いられている。NOは大気中で容易に酸化されてNO2になる。二酸化窒素（NO2）は赤褐色で非常に有毒、刺激臭のある気体で、200℃以上の温度で一酸化窒素と酸素に分解する。窒素酸化物はいずれも夏のスモッグの原因にもなる。窒素酸化物、特に二酸化窒素は、呼吸器や目の粘膜を刺激・損傷し、肺の機能を損なうため、これらの物質によって人間や動物の健康が脅かされる。特に呼吸困難や肺水腫を引き起こす可能性がある。

大気汚染のうち、交通によるものが少なくない（総排出量の約37％）。排出量の約30％を占める定置型の汚染源は、主に発電所、ゴミ焼却場、ガラス・セメント製造、石油精製所である。窒素酸化物は燃焼プロセスだけでなく、硝酸を扱う作業時にも排出される。さらに、NOx排出源としての農業の重要性も高まっている（約10％）。

このため、世界の多くの国で、窒素酸化物にはすでに厳しい規制が適用されている。世界中の政府や当局は、これらの大気汚染物質の排出をさらに制限しようと努力している。ドイツのTA-LuftやアメリカのEPAといった国の環境規制は、NOx排出量に厳しい制限を設けている。このため、上記のような大規模なNOx排出企業だけでなく、半導体産業のようなハイテク産業も、窒素酸化物を防止、削減、処理するための効果的なソリューションを必要としている。

出典： https://www.epa.gov/

窒素酸化物はどのようにして発生するのか？

NOxは主に、さまざまな燃焼プロセスにおける窒素の酸化によって生成される。3つの生成メカニズムに区別される。熱NOxは、燃焼空気中の窒素と酸素から比較的高温（1300℃以上）で生成される。燃料NOxは、800℃以上の温度で燃料中に化学的に結合した窒素から生成される。これらの複雑な化学過程は、反応条件に強く影響される。また、火炎前面の燃料ラジカル（CHx）の影響を受けて、窒素が即発NOxとして知られる窒素酸化物に変換されることもある。

通常の燃焼プロセスでは、NOxの95%はNOで構成されている。NO2は主に、大気中の酸素との燃焼後に生成される。しかし、好ましくないプロセス制御は、笑気ガスとしてよく知られる亜酸化窒素（N2O）の生成にもつながる。この物質は、例えば医療では麻酔薬として、食品産業では推進剤として使用されている。とりわけ亜酸化窒素は、CO2の298倍の温室効果ガスとされている。

半導体産業における窒素酸化物

基本的に、半導体産業は世界で最も資源を大量に消費する産業のひとつであり、エネルギーや水の消費、廃棄物の発生など、環境への影響が大きい。

窒素は、通常の状態では極めて不活性であるため、クリーンルームでのシリコンウエハー処理において保護ガスやパージガスとして一般的に使用されるが、高温では熱窒素酸化物（NOx）を発生する可能性がある。これは主に、エッチング処理後のパーフルオロカーボン（PFC）除去に使用されるポイント・オブ・ユース焼却炉に影響する。PFCの分解に必要な反応器の温度は、副作用としてNOxの生成を促進する。

半導体産業では、例えば窒化物層の成膜にも窒素化合物が必要である。亜酸化窒素は通常、化学気相成長（CVD）プロセスで酸窒化物層を形成するために使用される。三フッ化窒素（NF3）はマイクロエレクトロニクス製造だけでなく、薄膜スクリーンや薄膜太陽電池の製造でもCVDチャンバーの洗浄に使用され、アンモニア（NH3）も結晶シリコン太陽電池の製造に使用される。

これらの窒素含有化合物の未反応残渣は、通常、他のプロセスガスと一緒に熱廃棄されるため、燃料-NOxメカニズムに従って発生する窒素酸化物の排出源と考えられている。

DAS Environmental Experts、二次排気ガス浄化の革新的ソリューションを提供

半導体業界のイノベーションリーダーとして、DAS Environmental Expert GmbH（DAS EE）は、バーンウェットシステムなどのNOx発生排気ガス浄化システムの二次浄化ソリューションであるTSUGAを開発しました。このアプローチは、ハイテク工場やその他の産業用途において、効率的で信頼性の高い選択肢となります。

TSUGAのポイント・オブ・ユース・ソリューションは、最大5000slm（標準リットル/分）の高排ガス流量で、4000ppmまでの濃度範囲のNOx（NO2、NO）、微細なダスト（PM1、PM2.5、PM10）、粒子を除去します。これは、1台のTSUGAに複数の排ガス浄化システムを接続できることを意味します。

DASのNOx・ダスト低減ソリューションは、高効率のデダストフィルターシステムと脱硝の選択的触媒還元技術という最先端技術を組み合わせたものです。99％以上の粒子（SiO2を含む）がDeDustの段階で明らかに分離されます。この濾過により、下流のコンポーネントと下流の触媒コンバーターの目詰まりが防止され、長期にわたって最高の触媒活性が保証される。

続く脱硝段階では、NOxを窒素（N2）と水（H2O）に確実に変換する技術、選択的触媒還元（SCR）が使用される。SCR触媒コンバーターのおかげで、95％以上のNOx削減と5ppmの範囲の排出値を実証的に達成することができる。TSUGAでは、最先端のDeNOx触媒コンバーターが使用されている。NOxの還元に使用されるアンモニア（NH3）は自動的に添加される。内部センサーが正確な制御と低い媒体消費量を保証する。

TSUGAの設計により、変動するNOx濃度を長期間にわたって効率的に処理し、長期的な触媒活性を確保することができます。TSUGAは、プロセス熱の75％以上を回収することにより、最小限のエネルギー消費で動作します。

リアルタイム・モニタリングもTSUGAに統合されています：システムは、NOx排出量のオンライン測定機能を備えています。これにより、すべての関連パラメーターの最適制御が可能になり、TA-LuftおよびEPAへの適合が保証されます。生成されたデータは、公的要件や文書化の目的で利用できます。システムの操作とメンテナンスは、前面からのみ可能です。