Celosvetový dopyt po kremíkových čipoch, ktoré sú zabudované do všetkého od smartfónov po televízory až po veterné turbíny, je na vzostupe, ale prichádza s obrovskými nákladmi: emisiami uhlíka.
Priemysel predstavuje paradox. Splnenie globálnych klimatických cieľov bude čiastočne závisieť od polovodičov. Sú neoddeliteľnou súčasťou elektrických automobilov, solárnych panelov a veterných turbín. K klimatickej kríze však prispieva aj výroba čipov. Vyžaduje si to veľa energie a vody - čipové továrne alebo faby môžu denne používať milióny galónov vody - a produkujú nebezpečný odpad.
Keďže polovodičový priemysel sa ocitá pod čoraz väčšou kontrolou, začína sa zaoberať svojím vplyvom na klímu. Minulý týždeň sa TSMC, najväčší výrobca čipov na svete, ktorý dodáva čipy spoločnosti Apple, zaviazal dosiahnuť čisté nulové emisie do roku 2050. Predseda TSMC uviedol, že cieľom spoločnosti je "rozšíriť našu zelenú prítomnosť a poháňať priemysel smerom k nízkouhlíkového trvalo udržateľnému rozvoju".
Dekarbonizácia sektora bude veľkou výzvou.
Samotná TSMC využíva takmer 5 percent celkovej elektrickej energie na Taiwane, ktorá by mala v roku 2022 stúpnuť na 7,2 percenta, pričom v roku 2019 spotrebuje približne 63 miliónov ton vody. Spotreba vody spoločnosti sa stala kontroverznou témou počas sucha na Taiwane v tomto roku.
V USA závod Intel s rozlohou 700 akrov v Ocotillo v Arizone vyprodukoval za prvé tri mesiace tohto roka takmer 15 000 ton odpadu, z čoho asi 60% bolo nebezpečných. Spotrebuje tiež 927 miliónov galónov sladkej vody, čo stačí na naplnenie približne 1 400 olympijských bazénov a spotrebuje 561 miliónov kilowatthodín energie.
Výroba čipov, skôr než spotreba energie alebo používanie hardvéru, "predstavuje väčšinu emisií uhlíka z elektronických zariadení," napísal výskumník Harvardskej univerzity Udit Gupta a spoluautori v článku z roku 2020.
Globálny nedostatok špičkových čipov, keďže pandémia zvyšuje dopyt po elektronike a vypuknutie ochorenia COVID-19 zatvára fabs, prispel k zameraniu sa na priemysel.
Na úzkom trhu sa výrobcovia automobilov ocitli v zadnej časti radu čipov, ďaleko za väčšími polovodičovými zákazníkmi, ako je Apple, ktorí používajú čipy na poskytovanie výpočtového výkonu pre smartfóny, notebooky a iné zariadenia. Gm tento mesiac zastavil výrobu vo viacerých svojich severoamerických závodoch, zatiaľ čo Toyota uviedla, že v septembri zníži svoju výrobu vozidiel o 40 percent.
Na zvýšenie produkcie mnohé krajiny spúšťajú veľké programy na podporu priemyslu.
Americký zákon o čipoch navrhuje 52 miliárd dolárov v priebehu piatich rokov pre americký polovodičový priemysel. Európska únia predložila vlastné právne predpisy, ktorých cieľom je zvýšiť svoj podiel na svetovom trhu s čipmi na 20 percent do roku 2030. Predsedníčka Európskej komisie Ursula von der Leyenová to vo svojom prejave o stave Únie označila za "otázku technologickej suverenity".
Tieto ambície sú potenciálne v rozpore s medzinárodnými cieľmi v oblasti klímy. Európska únia a Spojené štáty chcú dosiahnuť čisté nulové emisie uhlíka do roku 2030 a čisté nulové emisie do roku 2050. Ako rastie polovodičový priemysel, rastú aj jeho emisie uhlíka.
Pod tlakom investorov a výrobcov elektroniky, ktorí chcú zákazníkom oznamovať ekologickejšie dodávateľské reťazce, však polovodičový podnik zintenzívňuje svoje kroky na riešenie svojho vplyvu na klímu.
"Nedávno som začal vidieť, že náš vplyv na životné prostredie sa úplne dostal do popredia," povedal Sohini Dasgupta, hlavný dizajnér spoločnosti On Semiconductor.
Správcovia fondov čoraz viac propagujú "zelené fondy", pretože investori kladú viac otázok o vplyve spoločností na životné prostredie, sociálnu správu a riadenie (ESG), hovorí Mark Li, analytik polovodičov v investičnej spoločnosti Bernstein. "V posledných troch rokoch sa investície ESG stali oveľa hlasnejšími," hovorí a dodáva, že to nakoniec zmení spôsob, akým sa spoločnosť správa.
Väčšia dostupnosť obnoviteľnej energie pomáha výrobcom čipov znižovať emisie uhlíka. Intel sa zaviazal, že do roku 2030 získa 100 percent svojej energie z obnoviteľných zdrojov, rovnako ako TSMC, ale s termínom do roku 2050.
Spotreba energie predstavuje 62 percent emisií TSMC, uviedla hovorkyňa TSMC Nina Kao. Spoločnosť minulý rok podpísala dohodu s dánskou energetikou. Rsted podpísal 20-ročnú zmluvu? Rsted kupuje všetku energiu pre pobrežnú veternú farmu s rýchlosťou 920 megawattov, ktorá stavia v Taiwanskom prielive.
Dohoda, ktorá je označovaná za najväčšiu dohodu o nákupe obnoviteľnej energie na svete, je pre TSMC dobrá, povedal Shashi Barla, analytik obnoviteľnej energie v poradenskej spoločnosti Wood Mackenzie. Okrem zabezpečenia čistej elektrickej energie platí veľkoobchodné náklady a zbavuje sa cenových šokov, "zabíja dvoch vtákov jedným kameňom", hovorí.
Clifton Fonstad, profesor elektrotechniky a informatiky na Massachusetts Institute of Technology, povedal, že krok TSMC má potenciál ovplyvniť priemysel a že "ostatní výrobcovia by mohli nasledovať".
Peter Hanbury, odborník na výrobu polovodičov v spoločnosti Bain &Company, poradenskej spoločnosti pre riadenie, povedal, že výrobcovia čipov by mohli zlepšiť efektívnosť svojich fabov okrem prechodu na obnoviteľnú energiu. Čipová elektráreň je v podstate "obrovský sklad s čistými miestnosťami vo vnútri" a "najjednoduchšou časťou na zníženie emisií je samotné zariadenie," povedal.
Fabs môže efektívnejšie regulovať teplotu vzduchu a vody, vlhkosť a tlak. Sklad môžu segmentovať tak, aby jedna linka bola vysokotlaková a druhá linka má nízky tlak, pričom využíva menej energie ako udržiavanie celého skladu pod vysokým tlakom.
Môžu zachytiť viac údajov a použiť strojové učenie na vypnutie nástrojov, keď sa nepoužívajú, hovorí Huili Grace Xing, profesor inžinierstva na Cornell, ktorý pracuje na polovodičových materiáloch.
Existujú aj inovácie zamerané na riešenie najšpinavších materiálov používaných pri výrobe polovodičov. Čipový priemysel používa vo svojom výrobnom procese rôzne plyny, z ktorých mnohé majú významný vplyv na klímu.
TSMC uviedla, že nainštalovala práčky a ďalšie zariadenia na riešenie emisií. Ďalším prístupom je však nahradenie "špinavších" čistejších plynov používaných na čistenie presných nástrojov používaných pri výrobe polovodičov, hovorí Michael Pitloff, chemický inžinier spoločnosti Solvay Specialty Chemicals, ktorý pracuje na polovodičových plynoch.
V priemyselných testoch s približne pol tuctom zákazníkov výrobcov čipov za posledných šesť rokov Pitloff povedal, že on a jeho tím nahradili špinavší plyn "čistejším" fluórom, ktorý má nižší vplyv na globálne otepľovanie.
Iné spoločnosti sa zameriavajú na lepenie vzorov na doštičky a čistenie povrchu doštičiek plynu - tenkého listového materiálu používaného na výrobu polovodičov. Napríklad spoločnosť Air Liquide so sídlom v Paríži navrhla rad alternatívnych leptajúcich plynov, ktoré majú menší vplyv na globálne otepľovanie.
Ale nahradenie plynu bude výzvou: Akonáhle sú faby v prevádzke, všetko, čo sa dotkne silikónových doštičiek, ako je leptanie plynu, je ťažké zmeniť, povedal Hanbury. Tento proces zahŕňa veľkú presnosť. Fabs musí umiestniť až 100 miliónov tranzistorov na doštičky veľkosti pečiatky a musia to urobiť dokonale. Trvá štyri až päť rokov, kým fab vyvinie vzorec, povedal Hanbury, a "akonáhle ho nastavíte, v podstate ho nechcete zmeniť."
Niektorí odborníci sa domnievajú, že výrobcovia čipov začnú upravovať svoje procesy tak, aby zaviedli plyny šetrnejšie k životnému prostrediu, najmä ak veľké spoločnosti podniknú kroky." "Ak sa TSMC prepne, som si istý, že ostatní áno," povedal Fonstad. Ak tak TSMC neurobí, ostatní výrobcovia sa môžu otočiť a preukázať, že sú lepší ako TSMC. "
Pre niektorých pozorovateľov čipového priemyslu sa odhodlanie vyčistiť zdá byť skutočné. Li povedal, že súčasný obrovský dopyt po čipoch pomôže polovodičovi dosiahnuť jeho ciele trvalo udržateľného rozvoja.
Majú vysoké marže a zarábajú veľa peňazí. Takže aj keď všetky tieto opatrenia týkajúce sa zeleného uhlíka majú náklady, môžu si to dovoliť. A čoraz viac zákazníkov je ochotných platiť viac za ekologickejšie vybavenie," povedal.