Είναι οι ημιαγωγοί κακοί για το περιβάλλον;

Υπάρχει μια ήρεμη ένταση που διατρέχει τη βιομηχανία της τεχνολογίας που σπάνια φτάνει σε ένα στάδιο κυκλοφορίας προϊόντος. Οι συσκευές που αγοράζουμε για να πλοηγηθούμε, να επικοινωνήσουμε και να ψυχαγωγηθούμε εξαρτώνται από τσιπ των οποίων η παραγωγή είναι, με πολλούς μετρήσιμους τρόπους, επιβλαβής για τον πλανήτη. Η παραγωγή τσιπ καταναλώνει ασυνήθιστους όγκους νερού και ηλεκτρισμού, απελευθερώνει ισχυρά αέρια θερμοκηπίου και δημιουργεί χημικά απόβλητα που απαιτούν προσεκτικό χειρισμό. Ταυτόχρονα, τα προϊόντα που χρησιμοποιούν αυτά τα τσιπ συμβάλλουν στη μείωση των εκπομπών στις μεταφορές, την ενέργεια και τη γεωργία. Το να αποφασίσουμε αν οι ημιαγωγοί είναι επιβλαβείς για το περιβάλλον δεν είναι επομένως μια απλή ερώτηση. Είναι ένα ερώτημα σχετικά με τα-ανταλλάγματα, τα χρονοδιαγράμματα και το ποιος επωμίζεται το κόστος.

 

 

ημιαγωγών

 

Ξεκινώντας από τα βασικά: Τι μιλάμε

Για να κατανοήσουμε τα περιβαλλοντικά διακυβεύματα, βοηθάει να θυμηθούμε σε τι αναφέρεται στην πραγματικότητα η λέξη. Η έννοια του ημιαγωγού προέρχεται από τη φυσική: ο ημιαγωγός είναι ένα υλικό του οποίου η ικανότητα να άγει ηλεκτρισμό εμπίπτει μεταξύ αυτής ενός αγωγού και ενός μονωτή. Το πυρίτιο, το πιο συνηθισμένο παράδειγμα, μπορεί να κατασκευαστεί για να μεταφέρει ή να μπλοκάρει το ηλεκτρικό ρεύμα ανάλογα με τις συνθήκες, γεγονός που το καθιστά το ιδανικό δομικό στοιχείο για τρανζίστορ. Δισεκατομμύρια τρανζίστορ συσκευασμένα σε ένα μόνο τσιπ σχηματίζουν τα λογικά κυκλώματα μέσα σε κάθε smartphone, διακομιστή, αυτοκίνητο και συσκευή. Η διαδικασία κατασκευής που παράγει αυτά τα τσιπ σε κλίμακα νανομέτρων είναι από τις-εντατικές βιομηχανικές δραστηριότητες στη γη με τη μεγαλύτερη δυνατή χρήση πόρων.

 

 

Νερό: Το πιο αόρατο κόστος

Περιβαλλοντικά Hotspot:

• Κατανάλωση εξαιρετικά-καθαρού νερού
• Εκπομπές αερίων υπερφθοράνθρακα
• Ηλεκτρική ενέργεια από ορυκτά καύσιμα
• Ροές χημικών αποβλήτων
• Αποτύπωμα άνθρακα εξοπλισμού

Η παραγωγή τσιπ απαιτεί νερό εξαιρετικής καθαρότητας, πολύ πιο καθαρό από το πόσιμο νερό, που χρησιμοποιείται για το ξέπλυμα των γκοφρετών μεταξύ των εκατοντάδων βημάτων που δημιουργούν στρώματα κυκλώματος. Μια και μόνο μεγάλη εγκατάσταση παραγωγής μπορεί να καταναλώνει εκατομμύρια γαλόνια αυτού του εξαιρετικά-καθαρού νερού κάθε μέρα. Πολλά προηγμένα εργοστάσια βρίσκονται σε περιοχές που αντιμετωπίζουν περιοδικά σοβαρή ξηρασία, εγείροντας έντονα ερωτήματα σχετικά με το κατά πόσον ο εντοπισμός της παραγωγής τσιπ σε περιοχές που ταλαιπωρούνται από νερό-είναι βιώσιμος καθώς η παραγωγή κλιμακώνεται περαιτέρω.

Αυτό που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν εξετάζουν είναι πόση ακρίβεια χρειάζεται το υλικό για τη διαχείριση αυτού του νερού μόλις εισέλθει στο εργοστάσιο. Τα κυκλώματα εξαιρετικά-καθαρού νερού βασίζονται σε βαλβίδες και εξαρτήματα σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα που πληρούν αυστηρές απαιτήσεις καθαριότητας και αντοχής στη διάβρωση-, επειδή ακόμη και η ίχνη μόλυνσης από κατώτερα υλικά μπορεί να καταστρέψει μια παρτίδα γκοφρετών. Κατασκευαστές όπως η LEADTEK παρέχουν το είδοςΣφαιρικές βαλβίδες από ανοξείδωτο χάλυβα SS316καιεξαρτήματα σωλήνωναπό τις οποίες εξαρτώνται οι εγκαταστάσεις ημιαγωγών για έλεγχο ρευστού-χωρίς διαρροές και μόλυνση-σε όλα τα συστήματα υπερ-καθαρού νερού. Είναι μια λεπτομέρεια που σπάνια εμφανίζεται στους τίτλους σχετικά με το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της κατασκευής τσιπ, ωστόσο η αξιοπιστία κάθε βαλβίδας στον βρόχο επηρεάζει άμεσα το πόσο νερό σπαταλά ή ανακτά ένα εργοστάσιο.

Η ανησυχία για το νερό βαθαίνει όταν κατασκευάζονται νέες εγκαταστάσεις σε άνυδρες ή ημι{0}}άνυδρες περιοχές, όπου η διαθεσιμότητα γλυκού νερού δέχεται ήδη πιέσεις από τη γεωργία, την αύξηση του πληθυσμού και το κλίμα που θερμαίνεται. Οι κατασκευαστές τσιπ έχουν σημειώσει πραγματική πρόοδο στην ανακύκλωση του νερού, με ορισμένα εργοστάσια τώρα να ανακτούν και να επαναχρησιμοποιούν περισσότερο από το ογδόντα τοις εκατό του νερού που καταναλώνουν. Η πρόοδος, ωστόσο, δεν είναι ίδια με την επίλυση. Ακόμη και το ανακυκλωμένο νερό απαιτεί ενέργεια για να καθαριστεί και ο απόλυτος όγκος ζήτησης συνεχίζει να αυξάνεται καθώς η παραγωγή τσιπ επεκτείνεται.

 

Σφαίρα με φλάντζα από ανοξείδωτο χάλυβα LEADTEK

 

Αέρια θερμοκηπίου για τα οποία μάλλον δεν έχετε ξανακούσει

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το αέριο του θερμοκηπίου που κυριαρχεί στη δημόσια συζήτηση, αλλά η πιο ανησυχητική ατμοσφαιρική συνεισφορά της βιομηχανίας τσιπ προέρχεται από μια εντελώς διαφορετική οικογένεια μορίων. Οι υπερφθοράνθρακες και οι σχετικές ενώσεις, όπως το τριφθοριούχο άζωτο, χρησιμοποιούνται κατά τη χάραξη πλάσματος και τις διεργασίες καθαρισμού του θαλάμου στο εσωτερικό των fabs. Αυτά τα αέρια είναι απίστευτα ισχυρά θερμαντικά σώματα. Το τριφθοριούχο άζωτο, για παράδειγμα, παγιδεύει τη θερμότητα χιλιάδες φορές πιο αποτελεσματικά από το διοξείδιο του άνθρακα για έναν αιώνα-μακρό χρονικό διάστημα και παραμένει στην ατμόσφαιρα για εκατοντάδες χρόνια.

Για πολλά χρόνια αυτά τα αέρια δεν περιλαμβάνονταν καν στα διεθνή πλαίσια παρακολούθησης εκπομπών, εν μέρει επειδή παράγονταν σε τόσο μικρούς απόλυτους όγκους και εν μέρει επειδή δεν είχαν φυσικές πηγές, γεγονός που καθιστά εύκολο να παραβλεφθούν. Η ευαισθητοποίηση έχει βελτιωθεί σημαντικά. Οι κορυφαίοι κατασκευαστές τσιπ αναφέρουν τώρα τις εκπομπές φθοριούχων αερίων τους και έχουν επενδύσει σε συστήματα μείωσης που καταστρέφουν τα αέρια πριν φτάσουν στην ατμόσφαιρα. Η κατάσταση είναι καλύτερη από ό,τι ήταν πριν από μια δεκαετία και παραμένει ένας εύλογος τομέας ανησυχίας, καθώς ο όγκος παραγωγής γκοφρέτας συνεχίζει να αυξάνεται.

Οι συσκευές στις οποίες βασιζόμαστε για την πλοήγηση σε ένα πιο πράσινο μέλλον κατασκευάζονται από εργοστάσια που έχουν τα δικά τους περιβαλλοντικά χρέη προς διευθέτηση.

 

Η Εξίσωση της Ενέργειας

Τα Fabs τρέχουν όλο το εικοσιτετράωρο και δεν σταματούν ποτέ. Τα μηχανήματα που εναποθέτουν, χαράζουν και επιθεωρούν στρώματα υλικού σε γκοφρέτες πυριτίου απαιτούν ενέργεια με τρόπους που είναι δύσκολο να εκτιμηθούν πλήρως από το εξωτερικό. Ένα μεγάλο εργοστάσιο μπορεί να αντλήσει τόσο ηλεκτρισμό όσο μια μικρή πόλη και η συλλογική κατανάλωση της παγκόσμιας βιομηχανίας τσιπ ανταγωνίζεται αυτήν πολλών- μεσαίων χωρών. Το από πού προέρχεται ο ηλεκτρισμός έχει τεράστια σημασία. Ένα εργοστάσιο που τροφοδοτείται από υδροηλεκτρική ή ηλιακή ενέργεια έχει θεμελιωδώς διαφορετικό προφίλ άνθρακα από αυτό που αντλείται από ένα βαρύ δίκτυο άνθρακα-.

Πολλές από τις περιοχές όπου είναι συγκεντρωμένη η προηγμένη παραγωγή τσιπ εξακολουθούν να βασίζονται ουσιαστικά σε ορυκτά καύσιμα για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου του υγροποιημένου φυσικού αερίου και, σε ορισμένες περιπτώσεις, του άνθρακα. Καθώς η παραγωγική ικανότητα έχει αυξηθεί, το ίδιο ισχύει και για την πίεση στις τοπικές υποδομές ηλεκτρικής ενέργειας, και οι περιβαλλοντικοί υποστηρικτές σε διάφορες τοποθεσίες έχουν εκφράσει ανησυχίες σχετικά με τη νέα παραγωγή ορυκτών καυσίμων που κατασκευάζονται ειδικά για την κάλυψη της ζήτησης της βιομηχανίας τσιπ. Η βιομηχανία έχει δεσμευτεί σε γενικές γραμμές να επεκτείνει τις προμήθειες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αν και ο ρυθμός και η αξιοπιστία αυτών των δεσμεύσεων ποικίλλουν σημαντικά από τον έναν φορέα στον άλλο.

 

Η άλλη πλευρά του καθολικού

Ένας ισορροπημένος λογαριασμός πρέπει να αναγνωρίζει την αντισταθμιστική ιστορία. Οι ημιαγωγοί αποτελούν αναπόσπαστο μέρος πολλών από τις τεχνολογίες που προσφέρουν τις πιο αξιόπιστες διαδρομές για χαμηλότερες παγκόσμιες εκπομπές. Τα ηλεκτρικά οχήματα βασίζονται σε τσιπ ηλεκτρονικών ισχύος για τη διαχείριση της απόδοσης της μπαταρίας και της απόδοσης φόρτισης. Τα συστήματα έξυπνων δικτύων χρησιμοποιούν τσιπ για να εξισορροπήσουν την προσφορά και τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας σε πραγματικό χρόνο, μειώνοντας τα απόβλητα. Ο φωτισμός LED, οι αντλίες θερμότητας, οι ελεγκτές ανεμογεννητριών και οι ηλιακοί μετατροπείς εξαρτώνται από τα τσιπ για τη βασική τους λειτουργία. Η εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται από αυτές τις εφαρμογές, συσσωρευμένη σε εκατομμύρια εγκαταστάσεις και δεκαετίες λειτουργίας, είναι σημαντική.

Οι ερευνητές που έχουν μελετήσει τον πλήρη κύκλο ζωής των τεχνολογιών με δυνατότητα{0}}τσιπ, γενικά διαπιστώνουν ότι οι εκπομπές που αποφεύγονται από προϊόντα όπως τα ηλεκτρικά οχήματα ή οι έξυπνοι θερμοστάτες υπερτερούν των εκπομπών που παράγονται κατά την κατασκευή τσιπ, συχνά με σημαντικό περιθώριο. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο αντίκτυπος στην κατασκευή είναι αποδεκτός ή αγνοούμενος. Σημαίνει ότι η σχέση μεταξύ της κατασκευής τσιπ και του περιβάλλοντος είναι πιο περίπλοκη από ό,τι μπορεί να αποτυπώσει μια απλή κακή-ή-καλή ετυμηγορία.

 

Πώς φαίνεται η λογοδοσία

Οι ισχυρότεροι φορείς στην αλυσίδα εφοδιασμού τσιπ έχουν αρχίσει να αντιμετωπίζουν τη βιωσιμότητα ως τεχνικό πρόβλημα και όχι ως άσκηση δημοσίων σχέσεων. Τα συστήματα ανακύκλωσης νερού έχουν γίνει τυπικές απαιτήσεις μηχανικής σε νέα σχέδια fab. Ο εξοπλισμός μείωσης των φθοριούχων αερίων χρησιμοποιείται πλέον ευρέως σε κορυφαίες εγκαταστάσεις. Οι προμήθειες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας επιταχύνονται, εν μέρει λόγω εσωτερικών εταιρικών δεσμεύσεων και εν μέρει από την πίεση από σημαντικούς πελάτες στον τομέα της τεχνολογίας που έχουν τους δικούς τους καθαρούς-μηδενικούς στόχους.

Ο κανονισμός είναι επίσης αυστηρότερος. Η Οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την Αναφορά Εταιρικής Αειφορίας απαιτεί από τις μεγάλες εταιρείες να αποκαλύπτουν περιβαλλοντικά δεδομένα με αυξανόμενη εξειδίκευση. Οι νόμοι της Καλιφόρνια για την αποκάλυψη του κλίματος, οι οποίοι τέθηκαν σε ισχύ σταδιακά από το 2024, επηρεάζουν τους κατασκευαστές τσιπ με σημαντικές δραστηριότητες ή πελάτες στην πολιτεία. Αυτά τα πλαίσια δημιουργούν κίνητρα για μέτρηση και μείωση που υπερβαίνουν τις εθελοντικές δεσμεύσεις.

Η ειλικρινής απάντηση στο ερώτημα που τίθεται στην κορυφή αυτού του άρθρου είναι ότι η παραγωγή τσιπ συνεπάγεται πραγματικό περιβαλλοντικό κόστος, κόστος που η βιομηχανία προσπαθεί να μειώσει αλλά δεν έχει επιλύσει ακόμη. Ταυτόχρονα, τα τσιπ που παράγονται επιτρέπουν τεχνολογίες που μπορεί τελικά να συμβάλουν περισσότερο στη μείωση των εκπομπών από ό,τι εκπέμπουν τα fabs. Ο στόχος δεν θα πρέπει να είναι να γιορτάσουμε αυτό το εμπόριο-αλλά να το κλείσουμε, καθιστώντας την παραγωγή καθαρότερη, ενώ οι εφαρμογές που επιτρέπει συνεχίζουν να απαλλάσσουν από τον άνθρακα την ευρύτερη οικονομία.