เซมิคอนดักเตอร์ไม่ดีต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่?

มีความตึงเครียดอย่างเงียบๆ ที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีซึ่งแทบจะไม่ได้เข้าสู่ขั้นตอนการเปิดตัวผลิตภัณฑ์เลย อุปกรณ์ที่เราซื้อเพื่อนำทาง สื่อสาร และให้ความบันเทิงนั้นขึ้นอยู่กับชิปที่ผลิตซึ่งเป็นอันตรายต่อโลกได้หลายวิธีที่สามารถวัดผลได้ การทำชิปต้องใช้น้ำและไฟฟ้าในปริมาณมากเป็นพิเศษ ปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ และสร้างของเสียทางเคมีที่ต้องใช้ความระมัดระวังในการจัดการ ในขณะเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่ชิปเหล่านี้ใช้พลังงานจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในการขนส่ง พลังงาน และการเกษตร การตัดสินใจว่าเซมิคอนดักเตอร์ไม่ดีต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่จึงไม่ใช่เรื่องง่าย เป็นคำถามเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยน- ลำดับเวลา และใครเป็นผู้รับผิดชอบค่าใช้จ่าย

 

 

เซมิคอนดักเตอร์

 

เริ่มต้นด้วยพื้นฐาน: สิ่งที่เรากำลังพูดถึง

เพื่อให้เข้าใจถึงความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม การจำได้ว่าจริงๆ แล้วคำนี้หมายถึงอะไรจึงช่วยได้ ความหมายของเซมิคอนดักเตอร์มาจากฟิสิกส์: เซมิคอนดักเตอร์คือวัสดุที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้าตกอยู่ระหว่างความสามารถในการนำไฟฟ้าและฉนวน ซิลิคอน ซึ่งเป็นตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุด สามารถถูกออกแบบทางวิศวกรรมให้ส่งผ่านหรือปิดกั้นกระแสไฟฟ้าได้ ขึ้นอยู่กับสภาวะต่างๆ ซึ่งทำให้ซิลิคอนเป็นส่วนประกอบในอุดมคติสำหรับทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวที่อัดแน่นอยู่บนชิปตัวเดียวสร้างวงจรลอจิกภายในสมาร์ทโฟน เซิร์ฟเวอร์ รถยนต์ และเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกเครื่อง กระบวนการผลิตที่ผลิตชิปเหล่านี้ในระดับนาโนเมตรถือเป็นการดำเนินการทางอุตสาหกรรมที่ต้องใช้ทรัพยากรมากที่สุดในโลก-

 

 

น้ำ: ต้นทุนที่มองไม่เห็นที่สุด

ฮอตสปอตด้านสิ่งแวดล้อม:

• ปริมาณการใช้น้ำบริสุทธิ์พิเศษ-
• การปล่อยก๊าซเปอร์ฟลูออโรคาร์บอน
• ไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
• กระแสของเสียสารเคมี
• รอยเท้าคาร์บอนของอุปกรณ์

การทำชิปต้องใช้น้ำที่มีความบริสุทธิ์เป็นพิเศษ ซึ่งสะอาดกว่าน้ำดื่มมาก โดยใช้ในการล้างเวเฟอร์ระหว่างขั้นตอนหลายร้อยขั้นตอนที่สร้างชั้นวงจรขึ้นมา โรงงานผลิตขนาดใหญ่แห่งเดียวสามารถใช้น้ำบริสุทธิ์พิเศษ-ได้ถึงหลายล้านแกลลอนทุกวัน โรงงานขั้นสูงหลายแห่งตั้งอยู่ในภูมิภาคที่เผชิญกับภัยแล้งอย่างรุนแรงเป็นระยะๆ ทำให้เกิดคำถามที่ชัดเจนว่าการระบุตำแหน่งการผลิตชิปในน้ำ-ในพื้นที่ที่มีความเครียดนั้นมีความยั่งยืนเมื่อผลผลิตขยายขนาดมากขึ้นหรือไม่

สิ่งที่คนส่วนใหญ่ไม่พิจารณาคือฮาร์ดแวร์ที่มีความแม่นยำมากเพียงใดในการจัดการน้ำนั้นเมื่อเข้าสู่โรงงาน วงจรน้ำบริสุทธิ์พิเศษ-อาศัยวาล์วสแตนเลสและข้อต่อท่อที่ตรงตามข้อกำหนดความสะอาดที่เข้มงวดและต้านทานการกัดกร่อน- เนื่องจากแม้แต่การปนเปื้อนจากวัสดุที่ด้อยคุณภาพก็อาจทำให้ชุดเวเฟอร์เสียหายได้ ผู้ผลิตเช่น LEADTEK จัดหาชนิดของบอลวาล์วสแตนเลส SS316และอุปกรณ์ท่อโรงงานเซมิคอนดักเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมของเหลว-ที่ปราศจากการรั่วไหลและการปนเปื้อน-ตลอดทั้งระบบน้ำบริสุทธิ์พิเศษ- เป็นรายละเอียดที่ไม่ค่อยปรากฏในพาดหัวข่าวเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการผลิตชิป แต่ความน่าเชื่อถือของวาล์วทุกตัวในลูปส่งผลโดยตรงต่อปริมาณน้ำที่โรงงานผลิตต้องเสียหรือนำกลับมาใช้ใหม่

ความกังวลเรื่องน้ำเพิ่มมากขึ้นเมื่อมีการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ในพื้นที่แห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้ง- ซึ่งความพร้อมของน้ำจืดอยู่ภายใต้แรงกดดันจากการเกษตร การเติบโตของจำนวนประชากร และสภาพอากาศที่ร้อนขึ้น ผู้ผลิตชิปมีความก้าวหน้าอย่างแท้จริงในการรีไซเคิลน้ำ โดยขณะนี้โรงงานบางแห่งสามารถฟื้นฟูและนำน้ำที่ใช้ไปมากกว่าแปดสิบเปอร์เซ็นต์กลับมาใช้ใหม่ได้ แม้ว่าความก้าวหน้าจะไม่เหมือนกับการแก้ปัญหา แม้แต่น้ำรีไซเคิลยังต้องการพลังงานในการทำให้บริสุทธิ์ และปริมาณความต้องการที่แน่นอนก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อการผลิตชิปขยายตัว

 

LEADTEK บอลวาล์วหน้าแปลนสแตนเลส

 

ก๊าซเรือนกระจกที่คุณอาจไม่เคยได้ยินมาก่อน

คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ครอบงำการสนทนาในที่สาธารณะ แต่การมีส่วนร่วมในชั้นบรรยากาศที่น่าหนักใจที่สุดของอุตสาหกรรมชิปนั้นมาจากตระกูลโมเลกุลที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เพอร์ฟลูออโรคาร์บอนและสารประกอบที่เกี่ยวข้อง เช่น ไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ ถูกนำมาใช้ในระหว่างการกัดด้วยพลาสมาและกระบวนการทำความสะอาดห้องภายในโรงงานผลิต ก๊าซเหล่านี้เป็นสารให้ความร้อนที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ดักจับความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์หลายพันเท่าในช่วงเวลาหนึ่งศตวรรษ- และยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลาหลายร้อยปี

เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ก๊าซเหล่านี้ไม่ได้รวมอยู่ในกรอบการติดตามการปล่อยก๊าซเรือนกระจกระหว่างประเทศ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะพวกเขาผลิตในปริมาณที่แน่นอนที่น้อยมาก และส่วนหนึ่งเป็นเพราะไม่มีแหล่งที่มาตามธรรมชาติ ทำให้มองข้ามได้ง่าย การรับรู้ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ขณะนี้ผู้ผลิตชิปชั้นนำรายงานการปล่อยก๊าซฟลูออริเนตของตนและได้ลงทุนในระบบลดก๊าซที่ทำลายก๊าซก่อนที่จะออกสู่ชั้นบรรยากาศ สถานการณ์ดีขึ้นกว่าเมื่อทศวรรษที่แล้ว และยังคงเป็นประเด็นที่น่ากังวลเนื่องจากปริมาณการผลิตแผ่นเวเฟอร์ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

อุปกรณ์ที่เราพึ่งพาเพื่อนำทางสู่อนาคตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนั้นถูกสร้างขึ้นโดยโรงงานที่มีหนี้สินด้านสิ่งแวดล้อมที่ต้องชำระ

 

สมการพลังงาน

Fabs ทำงานตลอดเวลาและไม่เคยหยุดนิ่ง เครื่องจักรที่ฝาก กัดกรด และตรวจสอบชั้นของวัสดุบนเวเฟอร์ซิลิคอนนั้นต้องการพลังงานในลักษณะที่ยากต่อการชื่นชมจากภายนอกอย่างเต็มที่ โรงงานขนาดใหญ่เพียงแห่งเดียวสามารถดึงไฟฟ้าได้มากเท่ากับเมืองเล็กๆ และการบริโภคโดยรวมของอุตสาหกรรมชิปทั่วโลกก็เทียบได้กับประเทศขนาดกลาง-หลายแห่ง กระแสไฟฟ้านั้นมาจากไหนมีความสำคัญมหาศาล โรงงานที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าพลังน้ำหรือพลังงานแสงอาทิตย์มีโปรไฟล์คาร์บอนที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานมากกว่าที่ดึงจากโครงข่ายถ่านหินหนัก-

หลายภูมิภาคที่การผลิตชิปขั้นสูงกระจุกตัวยังคงต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นสำคัญในการจ่ายไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงก๊าซธรรมชาติเหลว และถ่านหินในบางกรณี เมื่อกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น ความกดดันต่อโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานในท้องถิ่นก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และผู้ให้การสนับสนุนด้านสิ่งแวดล้อมในหลายพื้นที่ได้หยิบยกข้อกังวลเกี่ยวกับการผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิลใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมชิปโดยเฉพาะ อุตสาหกรรมมีความมุ่งมั่นในวงกว้างที่จะขยายการจัดซื้อพลังงานหมุนเวียน แม้ว่าความก้าวและความน่าเชื่อถือของข้อผูกพันเหล่านั้นจะแตกต่างกันไปมากจากผู้ให้บริการรายหนึ่งไปยังอีกรายหนึ่ง

 

อีกด้านหนึ่งของบัญชีแยกประเภท

บัญชีที่สมดุลต้องรับทราบเรื่องราวที่ตอบโต้ เซมิคอนดักเตอร์เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีหลายอย่างที่นำเสนอเส้นทางที่น่าเชื่อถือที่สุดในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก ยานพาหนะไฟฟ้าอาศัยชิปอิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อจัดการประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และประสิทธิภาพการชาร์จ ระบบกริดอัจฉริยะใช้ชิปเพื่อสร้างสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทานไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ ช่วยลดขยะ ไฟ LED, ปั๊มความร้อน, ตัวควบคุมกังหันลม และอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ล้วนแต่อาศัยชิปสำหรับฟังก์ชันหลัก การประหยัดพลังงานที่เกิดจากแอปพลิเคชันเหล่านี้ ซึ่งสะสมมาจากการติดตั้งหลายล้านครั้งและการดำเนินงานหลายทศวรรษนั้นมีความสำคัญมาก

นักวิจัยที่ได้ศึกษาวงจรชีวิตเต็มรูปแบบของเทคโนโลยีที่ใช้ชิป- โดยทั่วไปพบว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้โดยผลิตภัณฑ์ เช่น ยานพาหนะไฟฟ้าหรือเทอร์โมสตัทอัจฉริยะนั้นมีมากกว่าการปล่อยก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตชิป ซึ่งมักจะมีส่วนต่างที่ค่อนข้างมาก นี่ไม่ได้หมายความว่าผลกระทบจากการผลิตเป็นที่ยอมรับหรือเพิกเฉยไม่ได้ หมายความว่าความสัมพันธ์ระหว่างการผลิตชิปกับสิ่งแวดล้อมมีความซับซ้อนมากกว่าการตัดสินที่ไม่ดี-หรือ-ง่ายๆ

 

ความรับผิดชอบมีลักษณะอย่างไร

ผู้ดำเนินการที่แข็งแกร่งที่สุดในห่วงโซ่อุปทานชิปได้เริ่มมองว่าความยั่งยืนเป็นปัญหาทางเทคนิคมากกว่าการประชาสัมพันธ์ ระบบรีไซเคิลน้ำได้กลายเป็นข้อกำหนดทางวิศวกรรมมาตรฐานในการออกแบบโรงงานใหม่ ขณะนี้อุปกรณ์ลดก๊าซฟลูออริเนตมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในโรงงานชั้นนำ การจัดหาพลังงานทดแทนกำลังเร่งตัวขึ้น ส่วนหนึ่งได้รับแรงหนุนจากความมุ่งมั่นภายในองค์กร และส่วนหนึ่งมาจากแรงกดดันจากลูกค้ารายใหญ่ในภาคเทคโนโลยีที่บรรลุเป้าหมายสุทธิ-เป็นศูนย์

กฎระเบียบก็เข้มงวดเช่นกัน คำสั่งการรายงานความยั่งยืนขององค์กรของสหภาพยุโรปกำหนดให้บริษัทขนาดใหญ่ต้องเปิดเผยข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อมโดยมีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น กฎหมายการเปิดเผยข้อมูลสภาพภูมิอากาศของรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งมีผลบังคับใช้ในระยะเริ่มต้นในปี 2024 ส่งผลกระทบต่อผู้ผลิตชิปที่มีการดำเนินงานที่สำคัญหรือลูกค้าในรัฐ กรอบการทำงานเหล่านี้สร้างแรงจูงใจในการวัดผลและการลดขนาดที่นอกเหนือไปจากคำมั่นสัญญาโดยสมัครใจ

คำตอบที่ตรงไปตรงมาสำหรับคำถามที่อยู่ด้านบนของบทความนี้ก็คือ การผลิตชิปต้องแบกรับต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมที่แท้จริง ซึ่งเป็นต้นทุนที่อุตสาหกรรมกำลังดำเนินการเพื่อลดแต่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ในเวลาเดียวกัน ชิปที่ผลิตขึ้นช่วยให้เทคโนโลยีสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มากกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในท้ายที่สุด เป้าหมายไม่ควรเป็นการเฉลิมฉลอง-การแลกเปลี่ยนนั้น แต่เพื่อปิดมัน ทำให้การผลิตสะอาดขึ้น ในขณะที่แอปพลิเคชันที่เปิดใช้งานยังคงลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนในเศรษฐกิจในวงกว้าง