Os semicondutores são ruins para o meio ambiente?

Há uma tensão silenciosa que atravessa a indústria tecnológica que raramente chega à fase de lançamento de um produto. Os dispositivos que compramos para navegar, comunicar e entreter-nos dependem de chips cuja produção é, de várias formas mensuráveis, prejudicial ao planeta. A fabricação de chips consome volumes extraordinários de água e eletricidade, libera potentes gases de efeito estufa e gera resíduos químicos que exigem um manuseio cuidadoso. Ao mesmo tempo, os produtos que esses chips alimentam ajudam a reduzir as emissões nos transportes, na energia e na agricultura. Decidir se os semicondutores são prejudiciais ao meio ambiente não é, portanto, uma questão simples. É uma questão de compensações-, prazos e quem arca com os custos.

 

 

semicondutores

 

Começando pelo básico: do que estamos falando

Para compreender os desafios ambientais, é útil recordar a que a palavra realmente se refere. O significado de semicondutor vem da física: um semicondutor é um material cuja capacidade de conduzir eletricidade fica entre a de um condutor e a de um isolante. O silício, o exemplo mais comum, pode ser projetado para transportar ou bloquear corrente elétrica dependendo das condições, o que o torna o bloco de construção ideal para transistores. Bilhões de transistores agrupados em um único chip formam os circuitos lógicos dentro de cada smartphone, servidor, carro e aparelho. O processo de fabricação que produz esses chips em escala nanométrica está entre as operações industriais-que utilizam mais recursos no planeta.

 

 

Água: o custo mais invisível

Pontos críticos ambientais:

• Consumo de água ultra{0}}pura
• Emissões de gás perfluorocarbono
• Eletricidade a partir de combustíveis fósseis
• Fluxos de resíduos químicos
• Pegada de carbono do equipamento

A fabricação de chips requer água de pureza extraordinária, muito mais limpa do que a água potável, usada para enxaguar wafers entre as centenas de etapas que formam as camadas do circuito. Uma única grande instalação de fabricação pode consumir milhões de galões dessa água ultra-pura todos os dias. Muitas fábricas avançadas estão situadas em regiões que enfrentam periodicamente secas severas, levantando questões específicas sobre se a localização da produção de chips em áreas com escassez-de água é sustentável à medida que a produção aumenta ainda mais.

O que a maioria das pessoas não considera é a quantidade de hardware de precisão necessária para gerenciar essa água quando ela entra na fábrica. Os circuitos de água ultra-pura dependem de válvulas e conexões de tubulação de aço inoxidável que atendem aos rigorosos requisitos de limpeza e resistência-à corrosão, porque mesmo vestígios de contaminação de materiais de qualidade inferior podem arruinar um lote de wafer. Fabricantes como LEADTEK fornecem o tipo deVálvulas de esfera SS316 de aço inoxidáveleacessórios para tubosdos quais as instalações de semicondutores dependem para um controle de fluidos-livre de vazamentos e contaminação-em todos os seus sistemas de água ultra-pura. É um detalhe que raramente aparece nas manchetes sobre a pegada ambiental da fabricação de chips, mas a confiabilidade de cada válvula no circuito afeta diretamente a quantidade de água que uma fábrica desperdiça ou recupera.

A preocupação com a água aumenta quando novas instalações são construídas em regiões áridas ou semi{0}}áridas, onde a disponibilidade de água doce já está sob pressão da agricultura, do crescimento populacional e do aquecimento climático. Os fabricantes de chips fizeram progressos genuínos na reciclagem de água, com algumas fábricas a recuperar e reutilizar mais de oitenta por cento da água que consomem. Progresso, porém, não é o mesmo que resolução. Até mesmo a água reciclada requer energia para ser purificada, e o volume absoluto da demanda continua crescendo à medida que a produção de chips se expande.

 

Válvula de esfera flangeada de aço inoxidável LEADTEK

 

Gases de efeito estufa dos quais você provavelmente nunca ouviu falar

O dióxido de carbono é o gás de efeito estufa que domina as conversas públicas, mas a contribuição atmosférica mais preocupante da indústria de chips vem de uma família totalmente diferente de moléculas. Perfluorocarbonos e compostos relacionados, como trifluoreto de nitrogênio, são usados ​​durante a gravação de plasma e processos de limpeza de câmaras dentro de fábricas. Esses gases são aquecedores incrivelmente potentes. O trifluoreto de nitrogênio, por exemplo, retém o calor milhares de vezes mais eficazmente que o dióxido de carbono ao longo de um período de um século{3}}e persiste na atmosfera por centenas de anos.

Durante muitos anos, estes gases nem sequer foram incluídos nos quadros internacionais de monitorização de emissões, em parte porque eram produzidos em volumes absolutos tão pequenos e em parte porque não tinham fontes naturais, o que os tornava fáceis de ignorar. A conscientização melhorou consideravelmente. Os principais fabricantes de chips reportam agora as suas emissões de gases fluorados e investiram em sistemas de redução que destroem os gases antes de atingirem a atmosfera. A situação é melhor do que há uma década e continua a ser uma área legítima de preocupação à medida que os volumes de produção de wafers continuam a subir.

Os dispositivos em que confiamos para navegar num futuro mais verde são construídos por fábricas que têm as suas próprias dívidas ambientais a saldar.

 

A Equação da Energia

Fabs corre o tempo todo e nunca para. As máquinas que depositam, gravam e inspecionam camadas de material em pastilhas de silício consomem muita energia de maneiras que são difíceis de apreciar totalmente do lado de fora. Uma única grande fábrica pode consumir tanta eletricidade quanto uma pequena cidade, e o consumo coletivo da indústria global de chips rivaliza com o de muitos países-de médio porte. De onde vem essa eletricidade é muito importante. Uma fábrica movida a energia hidrelétrica ou solar tem um perfil de carbono fundamentalmente diferente de uma que utiliza uma rede pesada de carvão.

Muitas das regiões onde se concentra a produção avançada de chips ainda dependem substancialmente de combustíveis fósseis para o seu fornecimento de electricidade, incluindo gás natural liquefeito e, em alguns casos, carvão. À medida que a capacidade de produção cresceu, também aumentou a pressão sobre a infra-estrutura energética local, e os defensores do ambiente em vários locais levantaram preocupações sobre a construção de nova geração de combustíveis fósseis especificamente para satisfazer a procura da indústria de chips. A indústria em geral comprometeu-se a expandir a aquisição de energias renováveis, embora o ritmo e a credibilidade desses compromissos variem consideravelmente de um operador para outro.

 

O outro lado do livro-razão

Uma conta equilibrada tem de reconhecer a história compensatória. Os semicondutores são parte integrante de muitas das tecnologias que oferecem os caminhos mais credíveis para reduzir as emissões globais. Os veículos elétricos dependem de chips eletrônicos de potência para gerenciar o desempenho da bateria e a eficiência de carregamento. Os sistemas de redes inteligentes utilizam chips para equilibrar a oferta e a procura de eletricidade em tempo real, reduzindo o desperdício. Iluminação LED, bombas de calor, controladores de turbinas eólicas e inversores solares dependem de chips para sua função principal. As poupanças de energia proporcionadas por estas aplicações, acumuladas em milhões de instalações e décadas de operação, são substanciais.

Os pesquisadores que estudaram o ciclo de vida completo das tecnologias-habilitadas por chips geralmente descobrem que as emissões evitadas por produtos como veículos elétricos ou termostatos inteligentes superam as emissões geradas durante a fabricação de chips, muitas vezes por uma margem considerável. Isto não significa que o impacto na produção seja aceitável ou ignorável. Isso significa que a relação entre a fabricação de chips e o meio ambiente é mais complicada do que um simples veredicto ruim-ou-bom pode capturar.

 

Como é a responsabilidade

Os operadores mais fortes na cadeia de fornecimento de chips começaram a tratar a sustentabilidade como um problema técnico e não como um exercício de relações públicas. Os sistemas de reciclagem de água tornaram-se requisitos de engenharia padrão em novos projetos de fábricas. Equipamentos de redução de gases fluorados estão agora amplamente implantados nas principais instalações. A aquisição de energia renovável está se acelerando, impulsionada em parte por compromissos corporativos internos e em parte pela pressão dos principais clientes do setor de tecnologia que possuem suas próprias metas líquidas-zero.

A regulamentação também está ficando mais rígida. A Diretiva de Relatórios de Sustentabilidade Corporativa da União Europeia exige que as grandes empresas divulguem dados ambientais com especificidade crescente. As leis de divulgação climática da Califórnia, que entraram em vigor em etapas a partir de 2024, afetam fabricantes de chips com operações ou clientes significativos no estado. Estes quadros criam incentivos para medição e redução que vão além dos compromissos voluntários.

A resposta honesta à questão colocada no início deste artigo é que a produção de chips acarreta custos ambientais reais, custos que a indústria está a trabalhar para reduzir, mas ainda não resolveu. Ao mesmo tempo, os chips produzidos permitem tecnologias que podem, em última análise, fazer mais para reduzir as emissões do que as fábricas emitem. O objetivo não deveria ser celebrar essa compensação-, mas sim fechá-la, tornando a produção mais limpa enquanto as aplicações que ela permite continuam a descarbonizar a economia em geral.