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La industria de los chips de computadora tiene un sucio secreto climático

TLa industria de los semiconductores tiene un problema. Los chips de silicio, integrados en todo, desde teléfonos inteligentes y televisores hasta turbinas eólicas, tienen una gran demanda, pero tienen un costo significativo: una enorme huella de carbono.

La industria presenta una paradoja. El logro de los objetivos climáticos globales dependerá, en parte, de los semiconductores. Es una parte integral de los vehículos eléctricos, los paneles solares y las turbinas eólicas. Pero la fabricación de chips también está contribuyendo a la crisis climática. Requiere enormes cantidades de energía y agua (una planta de fabricación de chips, o fábrica, puede utilizar millones de galones de agua por día) y genera desechos peligrosos.

A medida que la industria de los semiconductores se encuentra cada vez más en el centro de atención, ha comenzado a lidiar con sus impactos climáticos. La semana pasada, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, el mayor fabricante de chips del mundo que suministra chips a Apple, se comprometió a acceder a cero emisiones netas para 2050. La compañía tiene como objetivo “expandir nuestra influencia ecológica e impulsar la industria hacia la sostenibilidad con bajas emisiones de carbono”, dijo el presidente de TSMC, Mark Lowe.

Pero descarbonizar la industria será un gran desafío.

Solo TSMC usa casi el 5% de la electricidad total de Taiwán, según cifras de Greenpeace. subir al 7,2% en 2022, y se utilizó aproximadamente 63 m tonos de llamada de agua en 2019. El uso de agua de la compañía se ha convertido en un tema controvertido durante la sequía de este año en Taiwán, la peor del país en medio siglo, que Los fabricantes de chips enfrentaron a los agricultores contra los agricultores.

En los EE. UU., One Fab Building, el campus de 700 acres de Intel en Ocotillo, Arizona, producido Casi 15.000 toneladas de residuos en los primeros tres meses de este año, aproximadamente el 60% de los cuales son peligrosos. También consumió 927 millones de galones de agua dulce, suficiente para llenar 1.400 piscinas olímpicas, y consumió 561 millones de kilovatios-hora de energía.

La fabricación de chips, en lugar de consumir energía o utilizar hardware, “representa la mayor parte de la producción de carbono” de los dispositivos electrónicos, según el investigador de Harvard Udit Gupta y sus coautores. libros en el periódico de 2020.

Dentro de la planta de fabricación de obleas de TSMC. Foto: Corporación de la Industria de Semiconductores de Taiwán

Escasez mundial de chips de alta calidad, ya que la pandemia aumenta la demanda de productos electrónicos y Covid-19 La fabulosa esta cerradaAumentó el enfoque de la industria.

En un mercado ajustado, los fabricantes de automóviles se han encontrado al final de la cola de chips, detrás de los clientes de semiconductores más grandes como Apple, que usan chips para brindar potencia informática a sus teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y otros dispositivos. GM Producción detenida en varias de sus plantas norteamericanas este mes, mientras que Toyota dijo que reduciría la industria automotriz Un 40% en septiembre.

En un esfuerzo por aumentar la producción, muchos países se han embarcado en grandes programas para impulsar la industria.

La Ley Chips for America propone $ 52 mil millones en financiamiento durante cinco años para la industria de semiconductores de EE. UU. La Unión Europea ha enviado su propia legislación destinada a aumentar su participación en el mercado mundial de chips al 20% para 2030. Fue descrita por la presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, “una cuestión de soberanía técnicaEn su discurso sobre el estado de la Unión Europea la semana pasada.

Estas ambiciones se alinean en una posible confrontación con los objetivos climáticos internacionales. Tanto la Unión Europea como los Estados Unidos tienen como objetivo llegar a la mitad de las emisiones netas de carbono cero para 2030, y cero neto para 2050. Y a medida que crece la industria de los semiconductores, también lo hace su huella de carbono.

El presidente Biden sostiene un chip semiconductor antes de firmar una orden ejecutiva destinada a abordar la escasez global de chips semiconductores en febrero.
El presidente Biden sostiene un chip semiconductor antes de firmar una orden ejecutiva destinada a abordar la escasez global de chips semiconductores en febrero. Foto: Jonathan Ernst / Reuters

Sin embargo, en medio de la presión de los inversores y los fabricantes de productos electrónicos que desean informar a los clientes sobre cadenas de suministro más ecológicas, el negocio de los semiconductores está intensificando las acciones para abordar su impacto climático.

“Recientemente, comencé a ver nuestros impactos ambientales a la vanguardia”, dijo Sohini Dasgupta, arquitecto principal de diseño en ON Semiconductors.

Hace dos años, dijo, la industria estaba “parada en la valla, en el medio del paquete, diciendo: ‘Sí, la sostenibilidad es importante, pero no sabemos qué hacer con ella'”. Pero ahora está viendo un movimiento: “Todos los días que aparece en nuestros correos electrónicos, lo que hace Nuestra empresa, lo que hacen otras empresas”, dijo.

El auge de la inversión ética ha ayudado, según Mark Lee, analista de semiconductores de la firma de inversiones Bernstein. Los gestores de fondos comercializan cada vez más los “fondos verdes” y los inversores se hacen más preguntas sobre el impacto de las empresas en el medio ambiente, la sociedad y la gobernanza (ESG). “Durante los últimos tres años, la voz de la inversión en ESG ha sido mucho más fuerte que antes”, me dijo Lee. En última instancia, esto cambia la forma en que se comportan las empresas, agregó.

Una mayor disponibilidad de energía renovable ayuda a los fabricantes de chips a reducir su huella de carbono. Intel se ha comprometido a proporcionar el 100% de su energía a partir de fuentes renovables para 2030, al igual que TSMC, pero para 2050.

La portavoz de la compañía, Nina Kao, dijo que el consumo de energía representa el 62% de las emisiones de TSMC. La compañía firmó un contrato de 20 años el año pasado con la compañía de energía danesa Ørsted, para comprar toda la energía de un parque eólico marino de 920 megavatios que se está construyendo en Orsted en Taiwán Estrecho.

Shashi Parla, analista de energías renovables de la consultora de energía Wood Mackenzie, dijo que el acuerdo, anunciado como el acuerdo de compra de energía renovable corporativa más grande del mundo, tiene beneficios para TSMC. Además de garantizar un suministro limpio de electricidad, agregó, paga el costo mayorista y se libera de los choques de precios, “matando dos pájaros de un tiro”.

Clifton Fonstad, profesor de ingeniería eléctrica e informática en el MIT, dijo que las acciones de TSMC tienen el potencial de afectar al resto de la industria, y “es probable que otros fabricantes sigan su ejemplo”.

Además de recurrir a las energías renovables, los fabricantes de chips también podrían implementar eficiencias en la industria de fabricación militar, dijo Peter Hanbury, experto en fabricación de semiconductores de la consultora de gestión Bain & Company. Es básicamente un “almacén enorme con una sala limpia en el interior”, dijo Fab, y para reducir las emisiones, “la parte fácil es la propia instalación”.

Las fábricas pueden ser más eficientes para regular la temperatura, la humedad y la presión del aire y del agua. Pueden dividir los almacenes para que una línea de producción tenga alta presión y otra, que use menos energía que mantener todo el almacén bajo alta presión.

Pueden capturar más datos y usar el aprendizaje automático para apagar las herramientas cuando no se están utilizando, dijo Huili Grace Xing, profesora de ingeniería en la Universidad de Cornell que trabaja en materiales semiconductores.

También hay una innovación dirigida a procesar Los materiales más contaminantes utilizados en la industria de los semiconductores. La industria de las obleas utiliza varios gases durante el proceso de producción, muchos de los cuales contienen gran impacto climático.

TSMC dijo que ha implementado depuradores y otras instalaciones para abordar las emisiones de gases. Otra vía es reemplazar los gases de limpieza “sucios” que limpian los instrumentos de precisión en la fabricación de semiconductores, dijo Michael Petroff, ingeniero químico que trabaja en gases semiconductores en Solvay Special Chemicals.

En pruebas industriales durante los últimos seis años con alrededor de seis de los clientes del fabricante de chips, dijo Petrov, él y su equipo han sido reemplazando Más gases contaminados con flúor ‘más limpio’, con menos impacto en el calentamiento global.

Otras empresas están apuntando a los gases que se utilizan para grabar patrones y limpiar la superficie del silicio de la oblea, una pieza delgada de material que se utiliza para fabricar semiconductores. Por ejemplo, la empresa de gas industrial con sede en París Air Liquide ha creado Línea Alternativa de Gases de Perforación Con menor efecto invernadero.

Pero reemplazar los gases será un desafío: cualquier cosa que entre en contacto con la oblea de silicio, como el gas de grabado, es realmente difícil de cambiar una vez que la fábrica está encendida, dijo Hanbury. El proceso implica una enorme cantidad de precisión. Las fábricas tienen que colocar transistores de hasta 100 m en un chip del tamaño de una estampilla postal y debes hacerlo a la perfección. Se necesitan de cuatro a cinco años para desarrollar una receta para esto, dijo Hanbury, y “una vez que esté listo, nunca querrás cambiarlo”.

Algunos expertos creen que los fabricantes de chips comenzarán a ajustar sus procesos para incorporar gases más ecológicos, especialmente si los grandes jugadores se mueven. “Si cambia TSMC, estoy seguro de que otros lo harán”, dijo Fonstad. “Si TSMC no lo es, otros fabricantes pueden cambiar para demostrar que son mejores que TSMC”.

Para algunos observadores de la industria de los chips, la determinación de limpiar la industria parece real. Actualmente, la alta demanda de chips, dijo Lee, solo ayudará a la industria de los semiconductores a adoptar los objetivos de sostenibilidad.

“Tienen muy buenos márgenes y ganan mucho dinero. Entonces, si bien todas estas medidas de carbono verde tendrán un costo, pueden pagarlo. Y los clientes están cada vez más dispuestos a pagar más por un dispositivo más ecológico”.

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