Zijn halfgeleiders slecht voor het milieu?

Er heerst een stille spanning in de technologie-industrie die zelden de fase van productlancering bereikt. De apparaten die we kopen om te navigeren, te communiceren en onszelf te vermaken, zijn afhankelijk van chips waarvan de productie op verschillende meetbare manieren schadelijk is voor de planeet. De chipproductie verbruikt buitengewone hoeveelheden water en elektriciteit, stoot krachtige broeikasgassen uit en genereert chemisch afval dat zorgvuldige omgang vereist. Tegelijkertijd helpen de producten die door deze chips worden aangedreven de uitstoot in de transport-, energie- en landbouwsector te verminderen. Beslissen of halfgeleiders slecht zijn voor het milieu is daarom geen eenvoudige vraag. Het is een vraag over afwegingen, tijdlijnen en wie de kosten draagt.

 

 

halfgeleiders

 

Beginnen met de basis: waar we het over hebben

Om de belangen op het gebied van het milieu te begrijpen, helpt het om te onthouden waar het woord eigenlijk naar verwijst. De betekenis van halfgeleider komt uit de natuurkunde: een halfgeleider is een materiaal waarvan het vermogen om elektriciteit te geleiden tussen dat van een geleider en een isolator ligt. Silicium, het meest voorkomende voorbeeld, kan worden ontworpen om elektrische stroom te geleiden of te blokkeren, afhankelijk van de omstandigheden, waardoor het de ideale bouwsteen voor transistors is. Miljarden transistors, verpakt op één enkele chip, vormen de logische circuits in elke smartphone, server, auto en apparaat. Het productieproces dat deze chips op nanometerschaal produceert, behoort tot de meest hulpbronnen-intensieve industriële activiteiten op aarde.

 

 

Water: de meest onzichtbare kosten

Milieu-hotspots:

• Ultra-puur waterverbruik
• Emissies van perfluorkoolstofgas
• Elektriciteit uit fossiele brandstoffen
• Chemische afvalstromen
• CO2-voetafdruk van apparatuur

Voor het maken van chips is water van buitengewone zuiverheid nodig, veel schoner dan drinkwater, dat wordt gebruikt om wafers te spoelen tussen de honderden stappen die circuitlagen vormen. Eén enkele grote productiefaciliteit kan elke dag miljoenen liters van dit ultra-zuivere water verbruiken. Veel geavanceerde fabrieken bevinden zich in regio's die periodiek te maken krijgen met ernstige droogte, wat scherpe vragen oproept over de vraag of de productie van chips in gebieden met water{3}}stress duurzaam is naarmate de productie verder toeneemt.

Waar de meeste mensen niet bij stilstaan, is hoeveel precisiehardware er in het beheer van dat water zit zodra het de fabriek binnenkomt. Ultra{1}}circuits voor zuiver water zijn afhankelijk van roestvrijstalen kleppen en buisfittingen die voldoen aan strenge eisen op het gebied van reinheid en corrosie-weerstand, omdat zelfs sporen van verontreiniging door inferieure materialen een partij wafels kunnen ruïneren. Fabrikanten zoals LEADTEK leveren het soortRVS316 kogelkranen van roestvrij staalEnpijpfittingenwaar halfgeleiderfaciliteiten afhankelijk van zijn voor lek{0}}vrije, contaminatie-vrije vloeistofcontrole in hun ultra-zuivere watersystemen. Het is een detail dat zelden in de krantenkoppen verschijnt over de ecologische voetafdruk van de chipproductie, maar toch heeft de betrouwbaarheid van elke klep in de kringloop rechtstreeks invloed op de hoeveelheid water die een fabriek verspilt of terugwint.

De bezorgdheid over het water wordt groter wanneer er nieuwe faciliteiten worden gebouwd in dorre of semi{0}}aride gebieden, waar de beschikbaarheid van zoetwater al onder druk staat door de landbouw, de bevolkingsgroei en een opwarmend klimaat. Chipmakers hebben echte vooruitgang geboekt op het gebied van waterrecycling, waarbij sommige fabrieken nu meer dan tachtig procent van het water dat ze verbruiken, terugwinnen en hergebruiken. Vooruitgang is echter niet hetzelfde als vastberadenheid. Zelfs gerecycled water heeft energie nodig om te zuiveren, en het absolute volume van de vraag blijft groeien naarmate de productie van chips toeneemt.

 

LEADTEK roestvrijstalen flenskogelkraan

 

Broeikasgassen waar u waarschijnlijk nog nooit van heeft gehoord

Koolstofdioxide is het broeikasgas dat het publieke gesprek domineert, maar de meest verontrustende atmosferische bijdrage van de chipindustrie komt van een geheel andere familie van moleculen. Perfluorkoolwaterstoffen en verwante verbindingen zoals stikstoftrifluoride worden gebruikt tijdens plasma-ets- en kamerreinigingsprocessen in fabrieken. Deze gassen zijn ongelooflijk krachtige warmers. Stikstoftrifluoride houdt bijvoorbeeld warmte duizenden keren effectiever vast dan koolstofdioxide over een tijdsbestek van een eeuw-, en blijft honderden jaren in de atmosfeer aanwezig.

Jarenlang waren deze gassen niet eens opgenomen in de internationale raamwerken voor het volgen van emissies, deels omdat ze in zulke kleine absolute hoeveelheden werden geproduceerd en deels omdat ze geen natuurlijke bronnen hadden, waardoor ze gemakkelijk over het hoofd werden gezien. De bewustwording is aanzienlijk verbeterd. Toonaangevende chipfabrikanten rapporteren nu hun uitstoot van gefluoreerde gassen en hebben geïnvesteerd in bestrijdingssystemen die de gassen vernietigen voordat ze de atmosfeer bereiken. De situatie is beter dan tien jaar geleden en blijft een legitiem punt van zorg nu de productievolumes voor wafels blijven stijgen.

De apparaten waarop we vertrouwen om een ​​groenere toekomst te bewerkstelligen, worden gebouwd door fabrieken die hun eigen milieuschulden moeten afbetalen.

 

De energievergelijking

Fabs draaien de klok rond en stoppen nooit. De machines die materiaallagen op siliciumwafels afzetten, etsen en inspecteren, verbruiken energie op manieren die van buitenaf moeilijk volledig te begrijpen zijn. Eén grote fabriek kan evenveel elektriciteit verbruiken als een kleine stad, en de collectieve consumptie van de mondiale chipindustrie kan wedijveren met die van veel middelgrote landen. Waar die elektriciteit vandaan komt, maakt enorm uit. Een fabriek die wordt aangedreven door waterkracht- of zonne-energie heeft een fundamenteel ander koolstofprofiel dan een fabriek die gebruikmaakt van een-zwaar steenkoolnetwerk.

Veel van de regio's waar de productie van geavanceerde chips geconcentreerd is, zijn voor hun elektriciteitsvoorziening nog steeds grotendeels afhankelijk van fossiele brandstoffen, waaronder vloeibaar aardgas en, in sommige gevallen, steenkool. Naarmate de productiecapaciteit is gegroeid, neemt ook de druk op de lokale energie-infrastructuur toe, en milieuactivisten op verschillende locaties hebben hun bezorgdheid geuit over de ontwikkeling van nieuwe fossiele brandstoffen die specifiek zullen worden gebouwd om aan de vraag van de chipindustrie te voldoen. De sector heeft zich in grote lijnen gecommitteerd aan het uitbreiden van de inkoop van hernieuwbare energie, hoewel het tempo en de geloofwaardigheid van deze toezeggingen aanzienlijk variëren van exploitant tot exploitant.

 

De andere kant van het grootboek

Een evenwichtige rekening moet het tegengestelde verhaal erkennen. Halfgeleiders zijn een integraal onderdeel van veel van de technologieën die de meest geloofwaardige wegen bieden om de mondiale emissies te verlagen. Elektrische voertuigen zijn afhankelijk van vermogenselektronicachips om de batterijprestaties en de laadefficiëntie te beheren. Slimme netwerksystemen gebruiken chips om vraag en aanbod van elektriciteit in realtime in evenwicht te brengen, waardoor verspilling wordt verminderd. LED-verlichting, warmtepompen, windturbinecontrollers en omvormers voor zonne-energie zijn allemaal voor hun kernfunctie afhankelijk van chips. De energiebesparingen die door deze toepassingen mogelijk worden gemaakt, zijn, geaccumuleerd over miljoenen installaties en tientallen jaren van gebruik, aanzienlijk.

Onderzoekers die de volledige levenscyclus van chip{0}}technologieën hebben bestudeerd, komen er over het algemeen achter dat de uitstoot die wordt vermeden door producten als elektrische voertuigen of slimme thermostaten, vaak ruimschoots groter is dan de uitstoot die wordt gegenereerd tijdens de productie van chips. Dit betekent niet dat de impact op de productie aanvaardbaar of te negeren is. Het betekent dat de relatie tussen de chipproductie en het milieu ingewikkelder is dan een eenvoudig slecht-of-goed oordeel kan weergeven.

 

Hoe verantwoordelijkheid eruit ziet

De sterkste spelers in de toeleveringsketen van chips zijn duurzaamheid gaan beschouwen als een technisch probleem in plaats van als een public relations-oefening. Waterrecyclingsystemen zijn standaard technische vereisten geworden in nieuwe fabrieksontwerpen. Apparatuur voor de bestrijding van gefluoreerde gassen wordt nu op grote schaal ingezet in toonaangevende faciliteiten. De inkoop van hernieuwbare energie versnelt, deels gedreven door interne bedrijfstoezeggingen en deels door druk van grote klanten in de technologiesector die hun eigen netto-nuldoelstellingen hebben.

Ook de regelgeving wordt strenger. De Richtlijn Corporate Sustainability Reporting van de Europese Unie verplicht grote bedrijven om milieugegevens steeds specifieker openbaar te maken. De Californische klimaatwetten, die vanaf 2024 stapsgewijs van kracht werden, hebben gevolgen voor chipfabrikanten met aanzienlijke activiteiten of klanten in de staat. Deze raamwerken creëren prikkels voor meting en reductie die verder gaan dan vrijwillige toezeggingen.

Het eerlijke antwoord op de vraag bovenaan dit artikel is dat het maken van chips reële milieukosten met zich meebrengt, kosten die de industrie probeert terug te dringen, maar nog niet heeft opgelost. Tegelijkertijd maken de geproduceerde chips technologieën mogelijk die uiteindelijk meer kunnen doen om de uitstoot te verminderen dan de fabrieken uitstoten. Het doel moet niet zijn om die afweging te vieren-, maar om deze af te ronden, waardoor de productie schoner wordt, terwijl de toepassingen die deze mogelijk maakt de economie in bredere zin koolstofvrij blijven maken.