A demanda global por chips de silício, embutidos em tudo, de smartphones a TVS e turbinas eólicas, está crescendo, mas tem um custo enorme: emissões de carbono.
A indústria apresenta um paradoxo. O cumprimento das metas climáticas globais dependerá em parte dos semicondutores. Eles são parte integrante de carros elétricos, painéis solares e turbinas eólicas. Mas a fabricação de chips também está contribuindo para a crise climática. Requer muita energia e água - fábricas ou fábricas de chips podem usar milhões de galões de água por dia - e produzem resíduos perigosos.
À medida que a indústria de semicondutores se encontra sob crescente escrutínio, ela está começando a lidar com seu impacto climático. Na semana passada, a TSMC, a maior fabricante de chips do mundo' s, que fornece Chips para a Apple, se comprometeu a atingir emissões zero líquidas até 2050. O presidente da TSMC' ; expandir nossa presença verde e impulsionar a indústria em direção ao desenvolvimento sustentável de baixo carbono" ;.
Mas a descarbonização do setor será um grande desafio.
A TSMC sozinha usa quase 5 por cento da eletricidade total de Taiwan' s, que deve aumentar para 7,2 por cento em 2022, usando cerca de 63 milhões de toneladas de água em 2019, de acordo com o Greenpeace. O uso de água pela empresa' s tornou-se um tópico controverso durante a seca em Taiwan'
Nos Estados Unidos, a fábrica de 700 acres da Intel' em Ocotillo, Arizona, gerou quase 15.000 toneladas de resíduos nos primeiros três meses deste ano, cerca de 60% dos quais eram perigosos. Também consome 927 milhões de galões de água doce, o suficiente para encher cerca de 1.400 piscinas olímpicas, e consome 561 milhões de quilowatts-hora de energia.
A fabricação de chips, em vez do consumo de energia ou uso de hardware," é responsável pela maioria das emissões de carbono de dispositivos eletrônicos," Escreveu o pesquisador da Harvard University Udit Gupta e co-autores em um artigo de 2020.
Uma escassez global de chips de ponta, à medida que a pandemia aumenta a demanda por eletrônicos e o surto de COVID-19 fecha fábricas, aumentou o foco na indústria.
Em um mercado acirrado, as montadoras se viram atrás da fila de chips, muito atrás de grandes clientes de semicondutores como a Apple, que usa chips para fornecer potência de computação para smartphones, laptops e outros dispositivos. A GM interrompeu a produção em várias de suas fábricas na América do Norte neste mês, enquanto a Toyota disse que cortaria a produção de veículos em 40% em setembro.
Para aumentar a produção, muitos países estão lançando grandes programas para impulsionar a indústria.
O US Chip Act propõe US $ 52 bilhões em cinco anos para a indústria de semicondutores dos Estados Unidos. A União Europeia apresentou sua própria legislação com o objetivo de aumentar sua participação no mercado global de chips para 20% até 2030. A presidente da Comissão Europeia, Ursula von der Leyen, chamou-a de" questão de soberania tecnológica" em seu endereço do Estado da União.
Essas ambições estão potencialmente em conflito com as metas climáticas internacionais. A União Europeia e os Estados Unidos têm como objetivo atingir emissões líquidas zero de carbono até 2030 e emissões líquidas zero até 2050. À medida que a indústria de semicondutores cresce, também aumentam suas emissões de carbono.
No entanto, sob pressão de investidores e fabricantes de eletrônicos ansiosos para relatar cadeias de suprimentos mais verdes aos clientes, o negócio de semicondutores tem intensificado suas ações para lidar com seu impacto climático.
& quot; Recentemente, eu' comecei a ver nosso impacto sobre o meio ambiente vir à tona completamente," disse Sohini Dasgupta, engenheiro de design principal da On Semiconductor.
Os gestores de fundos estão promovendo cada vez mais" fundos verdes" conforme os investidores fazem mais perguntas sobre as empresas' impacto ambiental, social e de governança (ESG), diz Mark Li, analista de semicondutores da Bernstein, uma empresa de investimentos." Nos últimos três anos, os investimentos ESG tornaram-se muito mais expressivos," ele diz, acrescentando que isso acabará mudando a forma como a empresa se comporta.
A maior disponibilidade de energia renovável está ajudando os fabricantes de chips a reduzir as emissões de carbono. A Intel se comprometeu a obter 100 por cento de sua energia de fontes renováveis até 2030, assim como a TSMC, mas com um prazo de 2050.
O consumo de energia é responsável por 62 por cento das emissões da TSMC' s, de acordo com a porta-voz da TSMC, Nina Kao. A empresa assinou no ano passado um acordo com a dinamarquesa de energia? Rsted assinou um acordo de 20 anos a partir de? A Rsted compra toda a energia para o parque eólico offshore de 920 megawatts que está construindo no Estreito de Taiwan.
O negócio, descrito como o maior contrato corporativo de compra de energia renovável do mundo&# 39, é bom para a TSMC, disse Shashi Barla, analista de energia renovável da consultoria de energia Wood Mackenzie. Além de garantir eletricidade limpa, paga os custos de atacado e se livra dos choques de preços," matando dois coelhos com uma cajadada só" ;, diz ele.
Clifton Fonstad, professor de engenharia elétrica e ciência da computação no Massachusetts Institute of Technology, disse que a mudança da TSMC&nº 39 tinha o potencial de afetar a indústria e que" outros fabricantes poderiam seguir o exemplo" ;.
Peter Hanbury, especialista em fabricação de semicondutores na Bain& A empresa, a consultoria de gerenciamento, disse que os fabricantes de chips podem melhorar a eficiência de suas fábricas, além de mudar para energia renovável. Uma fábrica de chips é basicamente" um enorme depósito com salas limpas dentro de" e" a parte mais fácil de reduzir as emissões é a própria instalação," ele disse.
As fábricas podem regular a temperatura do ar e da água, umidade e pressão com mais eficiência. Eles podem segmentar o armazém de forma que uma linha tenha alta pressão e a outra linha baixa pressão, usando menos energia do que manter todo o armazém sob alta pressão.
Eles podem capturar mais dados e usar o aprendizado de máquina para desligar as ferramentas quando não estiverem em uso, diz Huili Grace Xing, professor de engenharia da Cornell Who trabalha com materiais semicondutores.
Existem também inovações destinadas a lidar com os materiais mais sujos usados na fabricação de semicondutores. A indústria de chips usa diferentes gases em seu processo de fabricação, muitos dos quais têm um impacto significativo no clima.
A TSMC disse que instalou purificadores e outras instalações para lidar com as emissões. Mas outra abordagem é substituir o" mais sujo" gases mais limpos usados para limpar ferramentas de precisão usadas na fabricação de semicondutores, diz Michael Pitloff, engenheiro químico da Solvay Specialty Chemicals que trabalha com gases semicondutores.
Em testes industriais com cerca de meia dúzia de clientes fabricantes de chips nos últimos seis anos, Pitloff disse que ele e sua equipe substituíram o gás mais sujo por" mais limpo" flúor, que tem menor impacto no aquecimento global.
Outras empresas pretendem gravar padrões em wafers e limpar a superfície dos wafers de gás - o material de folha fina usado para fazer semicondutores. Por exemplo, a Air Liquide, uma empresa de gases industriais com sede em Paris, propôs uma gama de gases de corrosão alternativos que têm um impacto menor no aquecimento global.
Mas substituir o gás será um desafio: uma vez que as fábricas estejam instaladas e funcionando, qualquer coisa que toque os wafers de silício, como gás de corrosão, é difícil de mudar, disse Hanbury. Este processo envolve muita precisão. Fabs devem colocar até 100 milhões de transistores em wafers do tamanho de um selo, e eles precisam fazer isso perfeitamente. Leva de quatro a cinco anos para uma fábrica desenvolver uma fórmula, disse Hanbury, e" depois de configurá-la, você basicamente não' não quer alterá-la."
Alguns especialistas acreditam que os fabricantes de chips começarão a modificar seus processos para introduzir gases mais ecológicos, especialmente se as grandes empresas entrarem em ação."" Se o TSMC mudar, eu' tenho certeza que outros irão," Fonstad disse. Se a TSMC não fizer isso, outros fabricantes podem se virar e provar que são melhores do que a TSMC."
Para alguns observadores da indústria de chips, a determinação de limpar tudo parece real. Li disse que a enorme demanda atual por chips só ajudará a indústria de semicondutores a atingir seus objetivos de desenvolvimento sustentável.
Eles têm margens altas e ganham muito dinheiro. Portanto, mesmo que todas essas medidas de carbono verde tenham um custo, eles podem pagá-lo. E cada vez mais clientes estão dispostos a pagar mais por equipamentos mais ecológicos," disse ele.