Els semiconductors són dolents per al medi ambient?

Hi ha una tensió tranquil·la que recorre la indústria tecnològica que poques vegades arriba a l'etapa de llançament del producte. Els dispositius que comprem per navegar, comunicar-nos i entretenir-nos depenen de xips la producció dels quals és, de diverses maneres mesurables, perjudicial per al planeta. La fabricació d'encenall consumeix volums extraordinaris d'aigua i electricitat, allibera potents gasos d'efecte hivernacle i genera residus químics que requereixen una manipulació acurada. Al mateix temps, els productes que alimenten aquests xips ajuden a reduir les emissions en el transport, l'energia i l'agricultura. Per tant, decidir si els semiconductors són dolents per al medi ambient no és una qüestió senzilla. Es tracta d'una qüestió d'intercanvis-, terminis i qui assumeix els costos.

 

 

semiconductors

 

Començant pels conceptes bàsics: de què estem parlant

Per entendre els interessos ambientals, és útil recordar a què es refereix realment la paraula. El significat de semiconductor prové de la física: un semiconductor és un material la capacitat del qual de conduir l'electricitat es troba entre la d'un conductor i un aïllant. El silici, l'exemple més comú, es pot dissenyar per transportar o bloquejar el corrent elèctric segons les condicions, cosa que el converteix en el bloc de construcció ideal per a transistors. Milers de milions de transistors empaquetats en un sol xip formen els circuits lògics de cada telèfon intel·ligent, servidor, cotxe i aparell. El procés de fabricació que produeix aquests xips a escala nanomètrica es troba entre les operacions industrials amb més recursos-de la Terra.

 

 

Aigua: el cost més invisible

Punts d'interès ambiental:

• Consum d'aigua ultra-pura
• Emissions de gasos perfluorocarbonis
• Electricitat a partir de combustibles fòssils
• Corrents de residus químics
• Petjada de carboni dels equips

La fabricació d'encenall requereix aigua d'una puresa extraordinària, molt més neta que l'aigua potable, utilitzada per esbandir les hòsties entre els centenars de passos que formen les capes del circuit. Una única gran instal·lació de fabricació pot consumir milions de galons d'aquesta aigua ultra-pura cada dia. Moltes fàbriques avançades es troben a regions que s'enfronten periòdicament a una sequera severa, cosa que planteja preguntes sobre si és sostenible localitzar la producció d'encenalls a les zones d'estrès d'aigua-a mesura que la producció augmenta encara més.

El que la majoria de la gent no té en compte és quanta precisió de maquinari es dedica a gestionar aquesta aigua un cop entra a la fàbrica. Els circuits d'aigua ultra-pura depenen de vàlvules d'acer inoxidable i accessoris de canonada que compleixen requisits estrictes de neteja i resistència a la corrosió-, perquè fins i tot la contaminació de traces de materials inferiors pot arruïnar un lot d'hòsties. Fabricants com LEADTEK ofereixen el tipus deVàlvules de bola d'acer inoxidable SS316iaccessoris de canonadade les quals depenen les instal·lacions de semiconductors per a un control de fluids-sense fuites i contaminació-en els seus sistemes d'aigua ultra-pura. És un detall que rarament apareix als titulars sobre la petjada ambiental de la fabricació d'encenalls, però la fiabilitat de cada vàlvula del bucle afecta directament la quantitat d'aigua que malgasta o recupera una fàbrica.

La preocupació per l'aigua augmenta quan es construeixen noves instal·lacions a les regions àrides o semi{0}}àrides, on la disponibilitat d'aigua dolça ja està sota la pressió de l'agricultura, el creixement demogràfic i l'escalfament del clima. Els fabricants d'encenalls han fet un avenç real en el reciclatge de l'aigua, amb algunes plantes que ara recuperen i reutilitzen més del vuitanta per cent de l'aigua que consumeixen. El progrés, però, no és el mateix que la resolució. Fins i tot l'aigua reciclada requereix energia per purificar-se, i el volum absolut de demanda continua creixent a mesura que s'expandeix la producció de xips.

 

Vàlvula de bola amb brida d'acer inoxidable LEADTEK

 

Gasos d'efecte hivernacle dels quals probablement mai no has sentit parlar

El diòxid de carboni és el gas d'efecte hivernacle que domina la conversa pública, però la contribució atmosfèrica més preocupant de la indústria dels xips prové d'una família de molècules completament diferent. Els perfluorocarburs i els compostos relacionats com el trifluorur de nitrogen s'utilitzen durant els processos de gravat amb plasma i neteja de cambra dins de les fabriques. Aquests gasos són escalfadors increïblement potents. El trifluorur de nitrogen, per exemple, atrapa la calor milers de vegades més eficaçment que el diòxid de carboni durant un període de temps-de segle, i persisteix a l'atmosfera durant centenars d'anys.

Durant molts anys, aquests gasos ni tan sols es van incloure en els marcs internacionals de seguiment d'emissions, en part perquè es van produir en volums absoluts tan petits i en part perquè no tenien fonts naturals, cosa que fa que sigui fàcil de passar per alt. La consciència ha millorat considerablement. Els principals fabricants de xips ara informen de les seves emissions de gasos fluorats i han invertit en sistemes de reducció que destrueixen els gasos abans que arribin a l'atmosfera. La situació és millor que fa una dècada, i segueix sent una zona de preocupació legítima a mesura que els volums de producció d'hòsties segueixen augmentant.

Els dispositius en què confiem per navegar per un futur més verd els construeixen fàbriques que tenen els seus propis deutes ambientals per saldar.

 

L'equació de l'energia

Els Fabs corren tot el dia i no s'aturen mai. Les màquines que dipositen, gravan i inspeccionen capes de material a les hòsties de silici tenen fam d'energia d'una manera que és difícil d'apreciar completament des de l'exterior. Una sola gran fàbrica pot consumir tanta electricitat com una ciutat petita, i el consum col·lectiu de la indústria global dels xips rivalitza amb el de molts països de mida mitjana-. D'on ve aquesta electricitat és molt important. Una fàbrica que funciona amb energia hidroelèctrica o solar té un perfil de carboni fonamentalment diferent del d'una xarxa de carbó-pesada.

Moltes de les regions on es concentra la producció avançada de xips encara depenen substancialment dels combustibles fòssils per al seu subministrament elèctric, inclòs el gas natural liquat i, en alguns casos, el carbó. A mesura que la capacitat de producció ha crescut, també ha augmentat la pressió sobre la infraestructura elèctrica local, i els defensors del medi ambient de diverses ubicacions han expressat la seva preocupació sobre la construcció de noves generacions de combustibles fòssils específicament per satisfer la demanda de la indústria de xips. La indústria s'ha compromès en general a ampliar la contractació d'energia renovable, tot i que el ritme i la credibilitat d'aquests compromisos varien considerablement d'un operador a l'altre.

 

L'altra cara del llibre major

Un compte equilibrat ha de reconèixer la història de compensació. Els semiconductors són integrants de moltes de les tecnologies que ofereixen els camins més creïbles per reduir les emissions globals. Els vehicles elèctrics depenen dels xips electrònics de potència per gestionar el rendiment de la bateria i l'eficiència de càrrega. Els sistemes de xarxa intel·ligent utilitzen xips per equilibrar l'oferta i la demanda d'electricitat en temps real, reduint els residus. La il·luminació LED, les bombes de calor, els controladors de turbines eòliques i els inversors solars depenen dels xips per a la seva funció bàsica. L'estalvi energètic que permeten aquestes aplicacions, acumulat en milions d'instal·lacions i dècades de funcionament, és substancial.

Els investigadors que han estudiat el cicle de vida complet de les tecnologies compatibles amb els xips-en general troben que les emissions que eviten productes com els vehicles elèctrics o els termòstats intel·ligents superen les emissions generades durant la fabricació de xips, sovint amb un marge considerable. Això no vol dir que l'impacte de la fabricació sigui acceptable o ignorable. Significa que la relació entre la fabricació de xips i el medi ambient és més complicada del que un simple veredicte dolent-o-pode captar.

 

Com sembla la responsabilitat

Els operadors més forts de la cadena de subministrament de xips han començat a tractar la sostenibilitat com un problema tècnic més que com un exercici de relacions públiques. Els sistemes de reciclatge d'aigua s'han convertit en requisits d'enginyeria estàndard en els nous dissenys de fàbriques. Els equips de reducció de gasos fluorats s'han desplegat àmpliament a les instal·lacions líders. L'adquisició d'energia renovable s'està accelerant, impulsada en part pels compromisos interns de les empreses i en part per la pressió dels principals clients del sector tecnològic que tenen els seus propis objectius nets-zero.

La regulació també s'està endurint. La Directiva d'informes de sostenibilitat corporativa de la Unió Europea exigeix ​​que les grans empreses revelin dades ambientals amb una especificitat creixent. Les lleis de divulgació climàtica de Califòrnia, que van entrar en vigor per etapes a partir del 2024, afecten els fabricants de xips amb operacions o clients importants a l'estat. Aquests marcs creen incentius per a la mesura i la reducció que van més enllà de les promeses voluntàries.

La resposta honesta a la pregunta que es planteja a la part superior d'aquest article és que la fabricació d'encenalls comporta costos ambientals reals, costos que la indústria està treballant per reduir però que encara no ha resolt. Al mateix temps, els xips produïts permeten tecnologies que en última instància poden fer més per reduir les emissions del que emeten les fàbriques. L'objectiu no hauria de ser celebrar aquest intercanvi-, sinó tancar-lo, fent que la producció sigui més neta mentre les aplicacions que permet segueixen descarbonitzant l'economia en general.