Jesu li poluvodiči štetni za okoliš?

Kroz tehnološku industriju postoji tiha napetost koja rijetko dolazi do faze lansiranja proizvoda. Uređaji koje kupujemo za navigaciju, komunikaciju i zabavu ovise o čipovima čija je proizvodnja, na nekoliko mjerljivih načina, štetna za planet. Proizvodnja čipova troši nevjerojatne količine vode i struje, oslobađa jake stakleničke plinove i stvara kemijski otpad s kojim je potrebno pažljivo rukovati. U isto vrijeme, proizvodi koje pokreću ovi čipovi pomažu u smanjenju emisija u transportu, energetici i poljoprivredi. Odluka o tome jesu li poluvodiči loši za okoliš stoga nije jednostavno pitanje. To je pitanje kompromisa-, rokova i tko snosi troškove.

 

 

poluvodiči

 

Počinjemo s osnovama: o čemu govorimo

Da bismo razumjeli uloge u okolišu, pomaže prisjetiti se na što se riječ zapravo odnosi. Značenje poluvodiča dolazi iz fizike: poluvodič je materijal čija je sposobnost provođenja električne energije između sposobnosti vodiča i izolatora. Silicij, najčešći primjer, može se projektirati za prijenos ili blokiranje električne struje ovisno o uvjetima, što ga čini idealnim građevnim elementom za tranzistore. Milijarde tranzistora upakiranih na jedan čip čine logičke sklopove unutar svakog pametnog telefona, poslužitelja, automobila i uređaja. Proizvodni proces koji proizvodi ove čipove na nanometarskoj razini jedan je od resursno{4}}najintenzivnijih industrijskih operacija na svijetu.

 

 

Voda: najnevidljiviji trošak

Ekološke žarišne točke:

• Ultra{0}}potrošnja čiste vode
• Emisije perfluorougljikovog plina
• Električna energija iz fosilnih goriva
• Tokovi kemijskog otpada
• Ugljični otisak opreme

Izrada čipova zahtijeva vodu izvanredne čistoće, daleko čišću od vode za piće, koja se koristi za ispiranje pločica između stotina koraka koji izgrađuju slojeve kruga. Jedan veliki proizvodni pogon može potrošiti milijune galona ove ultra-čiste vode svaki dan. Mnoge napredne tvornice smještene su u regijama koje se povremeno suočavaju s ozbiljnom sušom, postavljajući oštra pitanja o tome je li lociranje proizvodnje čipova u područjima-opterećenim vodom održivo kako se proizvodnja dalje povećava.

Ono što većina ljudi ne uzima u obzir je koliko preciznog hardvera ide u upravljanje tom vodom nakon što uđe u tvornicu. Krugovi ultra-čiste vode oslanjaju se na ventile od nehrđajućeg čelika i spojeve cijevi koji ispunjavaju stroge zahtjeve čistoće i -otpornosti na koroziju, jer čak i tragovi onečišćenja od lošijih materijala mogu uništiti seriju pločica. Proizvođači kao što je LEADTEK isporučuju vrstuKuglasti ventili od nehrđajućeg čelika SS316icijevne armatureo kojima poluvodički objekti ovise za kontrolu tekućine-bez curenja, kontaminacije-u svojim sustavima ultra-čiste vode. To je detalj koji se rijetko pojavljuje u naslovima o ekološkom otisku proizvodnje čipova, ali ipak pouzdanost svakog ventila u petlji izravno utječe na to koliko vode tvornica gubi ili obnavlja.

Zabrinutost za vodu se produbljuje kada se grade novi objekti u sušnim ili polu{0}}sušnim regijama, gdje je dostupnost slatke vode već pod pritiskom poljoprivrede, rasta stanovništva i sve toplije klime. Proizvođači čipova su napravili istinski napredak u recikliranju vode, a neka postrojenja sada obnavljaju i ponovno koriste više od osamdeset posto vode koju potroše. Napredak, međutim, nije isto što i rješenje. Čak i reciklirana voda zahtijeva energiju za pročišćavanje, a apsolutni volumen potražnje nastavlja rasti kako se proizvodnja čipova širi.

 

LEADTEK kuglasti ventil s prirubnicom od nehrđajućeg čelika

 

Staklenički plinovi za koje vjerojatno nikada niste čuli

Ugljični dioksid je staklenički plin koji dominira u javnom razgovoru, ali najzabrinjavajući doprinos industrije čipova atmosferi dolazi iz potpuno druge obitelji molekula. Perfluorougljici i srodni spojevi kao što je dušikov trifluorid koriste se tijekom plazma jetkanja i procesa čišćenja komora unutar tvornica. Ovi plinovi su nevjerojatno moćni grijači. Dušikov trifluorid, na primjer, hvata toplinu tisućama puta učinkovitije od ugljičnog dioksida tijekom stoljeća-dugog vremenskog okvira, a u atmosferi ostaje stotinama godina.

Dugi niz godina ovi plinovi nisu čak bili uključeni u međunarodne okvire za praćenje emisija, djelomično zato što su proizvedeni u tako malim apsolutnim količinama, a djelomično zato što nisu imali prirodne izvore, zbog čega ih je bilo lako previdjeti. Svijest se znatno poboljšala. Vodeći proizvođači čipova sada prijavljuju svoje emisije fluoriranih plinova i uložili su u sustave za smanjenje koji uništavaju plinove prije nego što dospiju u atmosferu. Situacija je bolja nego što je bila prije deset godina, i ostaje opravdano područje zabrinutosti jer obujam proizvodnje vafla nastavlja rasti.

Uređaje na koje se oslanjamo za navigaciju u zeleniju budućnost izrađuju tvornice koje moraju podmiriti svoje dugove za okoliš.

 

Energetska jednadžba

Fabrike rade non-stop i nikad ne staju. Strojevi koji talože, jetkaju i provjeravaju slojeve materijala na silikonskim pločicama gladni su energije na načine koje je teško u potpunosti shvatiti izvana. Jedna velika tvornica može crpiti isto toliko električne energije kao mali grad, a zajednička potrošnja globalne industrije čipova nadmašuje se s potrošnjom mnogih-zemalja srednje veličine. Odakle dolazi ta električna energija je jako važno. Fabrika koju pokreće hidroelektrična ili solarna energija ima bitno drugačiji profil ugljika od one koja crpi iz-teške mreže.

Mnoge regije u kojima je koncentrirana napredna proizvodnja čipova još uvijek se uvelike oslanjaju na fosilna goriva za opskrbu električnom energijom, uključujući ukapljeni prirodni plin i, u nekim slučajevima, ugljen. Kako je proizvodni kapacitet rastao, tako je rastao i pritisak na lokalnu energetsku infrastrukturu, a zagovornici zaštite okoliša na nekoliko su lokacija izrazili zabrinutost zbog nove proizvodnje fosilnih goriva koja se gradi posebno kako bi se zadovoljila potražnja industrije čipova. Industrija se općenito obvezala na proširenje nabave obnovljive energije, iako tempo i vjerodostojnost tih obveza znatno variraju od operatera do operatora.

 

Druga strana glavne knjige

Uravnoteženi račun mora priznati protutežnu priču. Poluvodiči su sastavni dio mnogih tehnologija koje nude najvjerodostojnije putove za smanjenje globalnih emisija. Električna vozila oslanjaju se na čipove energetske elektronike za upravljanje performansama baterije i učinkovitosti punjenja. Sustavi pametnih mreža koriste čipove za uravnoteženje ponude i potražnje električne energije u stvarnom vremenu, smanjujući otpad. LED rasvjeta, dizalice topline, regulatori vjetroturbina i solarni pretvarači ovise o čipovima za svoju temeljnu funkciju. Uštede energije koje omogućuju ove aplikacije, akumulirane kroz milijune instalacija i desetljeća rada, značajne su.

Istraživači koji su proučavali cijeli životni ciklus tehnologija-omogućenih čipovima općenito otkrivaju da emisije koje izbjegavaju proizvodi kao što su električna vozila ili pametni termostati nadmašuju emisije nastale tijekom proizvodnje čipova, često značajno. To ne znači da je utjecaj proizvodnje prihvatljiv ili zanemariv. To znači da je odnos između proizvodnje čipova i okoliša kompliciraniji nego što može obuhvatiti jednostavna loša-ili-dobra presuda.

 

Kako izgleda odgovornost

Najjači operateri u lancu opskrbe čipovima počeli su tretirati održivost kao tehnički problem, a ne kao vježbu odnosa s javnošću. Sustavi za recikliranje vode postali su standardni inženjerski zahtjevi u dizajnu novih tvornica. Oprema za smanjenje emisija fluoriranih plinova sada je široko rasprostranjena u vodećim postrojenjima. Nabava energije iz obnovljivih izvora ubrzava se, djelomično potaknuta internim korporativnim obvezama, a djelomično pritiskom velikih kupaca u tehnološkom sektoru koji imaju vlastite neto-ciljeve nulte vrijednosti.

Regulacija se također pooštrava. Direktiva Europske unije o korporativnom izvješćivanju o održivosti zahtijeva od velikih kompanija da otkrivaju podatke o okolišu sa sve većom specifičnošću. Kalifornijski zakoni o otkrivanju klimatskih promjena, koji su stupili na snagu u fazama počevši od 2024., utječu na proizvođače čipova sa značajnim operacijama ili klijente u državi. Ovi okviri stvaraju poticaje za mjerenje i smanjenje koji nadilaze dobrovoljna obećanja.

Iskren odgovor na pitanje postavljeno na vrhu ovog članka je da proizvodnja čipova nosi stvarne ekološke troškove, troškove na čijem smanjenju industrija radi, ali ih još nije riješila. U isto vrijeme, proizvedeni čipovi omogućuju tehnologije koje u konačnici mogu učiniti više za smanjenje emisija nego što proizvode tvornice. Cilj ne bi trebao biti slavljenje tog kompromisa,-već njegovo zatvaranje, čineći proizvodnju čišćom dok aplikacije koje omogućuje nastavljaju dekarbonizirati šire gospodarstvo.