Produkcja procesorów pod znakiem zapytania. Może zabraknąć wody dla fabryk

Bez półprzewodników cała paleta urządzeń elektronicznych nie istnieje. Nie mamy telefonów, telewizorów, komputerów i wielu innych urządzeń. Dosłownie cofamy się do średniowiecza. I tak może naprawdę się stać, gdyż produkcja tych materiałów wymaga dużej ilości wody, której zasoby się kurczą. Przyczyną są postępujące zmiany klimatyczne.

Bez wody nie ma półprzewodników, a bez nich nie ma cywilizacji

Elektronika jest czymś nieodłącznym w naszej cywilizacji. Nie będziemy tu choćby wymieniać uprzędzeń, które zawierają półprzewodniki – materiały niezbędne dla układów scalonych. Wystarczy pomyśleć o komputerach, bez których mało kto wyobraża sobie życie. Także ten artykuł możesz przeczytać dlatego, iż ktoś kiedyś wymyślił półprzewodniki, dzięki którym możliwe stało się skonstruowanie komputera, tabletu, telefonu. Coś zupełnie naturalnego, dostępnego na wyciągnięcie ręki. Wystarczy pójść do sklepu i kupić dane urządzenie.

Szczególnie obecne stulecie stało się epoką, w której istnienie cywilizacji bez elektroniki jest praktycznie niemożliwe. Znaczenie półprzewodników z punktu widzenia cywilizacji i także geopolityki jest tak samo ważne, jak ropy naftowej. Jest tylko jeden problem – produkcja tych materiałów wymaga dużej ilości wody. M.in. do chłodzenia urządzeń, które ów materiał produkują, czy też do utrzymania w czystości płyt, na których znajdują się układy półprzewodnikowe.

– Istnieje bezpośrednia zależność między zużyciem wody a stopniem zaawansowania chipów, ponieważ fabryki wykorzystują ultraczystą wodę – świeżą wodę przetworzoną do wyjątkowo wysokiej czystości – do płukania między każdym procesem. Im bardziej zaawansowany półprzewodnik, tym więcej etapów procesu, tym więcej zużywanej wody – powiedział Hins Li, analityk S&P Global Ratings.

Agencja ratingowa ostrzega przed kryzysem wodnym dla branży elektronicznej

Problem jest poważny, gdyż światowe zasoby wodne się kurczą. Ich dostępność zaczyna stawać pod znakiem zapytania ze względu na globalną zmianę klimatu. Na początku tego roku agencja ratingowa S&P Global Ratings przedstawiła mało optymistyczny raport. Wskazując na Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), największą firmą produkującą półprzewodniki, agencja ostrzega przed kryzysem wodnym.

– Niedobór wody postrzegamy jako ryzyko w nadchodzącej dekadzie dla branży sprzętu elektronicznego, w szczególności dla wymagającego dużej ilości wody podsektora półprzewodników. Nieumiejętne radzenie sobie z takim ryzykiem może negatywnie wpłynąć na działalność i zdolność kredytową producentów chipów – pisze na wstępie swojego raportu S&P Global Ratings.

Tajwański producent odpowiada za 90 proc. światowej produkcji półprzewodników

Tajwański TSMC odpowiada za ponad 90 proc. światowej produkcji półprzewodników na świecie. Tymczasem w pierwszym kwartale tego roku Tajwan ponownie doświadczył suszy. Na chwilę złagodzonej, ale wciąż niosącej za sobą poważne ryzyku niedoborów wody. Władze Tajwanu zaapelowały do społeczeństwa o oszczędzanie wody, po tym, jak wyspa doświadczyła piątej najsuchszej do 1951 roku zimy. Średnia temperatura w czasie minionej zimy na Tajwanie wyniosła 19,4 st. C, co oznacza odchylenie wynoszące 0,7 st. C. W tamtej części świata to dużo.

Pomimo uzależnienia przemysłu od wody kilka uwagi poświęcono wpływowi zmieniających się warunków środowiskowych. Problem ten jest często ignorowany, a zakłady TSMC nie znajdują się tylko na samym Tajwanie. Tajwańskie fabryki półprzewodników znajdują się chociażby w Arizonie – amerykańskim stanie narażonym niedobory wody. Arizona to jeden z najbardziej dukniętym stresem wodnym obszarów na świecie. Wielokrotnie wraz z sąsiednimi stanami USA doświadczający długotrwałych susz i wysokich temperatur.

Produkcja półprzewodników kosztem rolników

Na samym Tajwanie ostatnie susze stały się na tyle dotkliwe, iż władze zaczęły płacić rolnikom, by ci zostawiali pola uprawne odłogiem. To ma prowadzić do oszczędności wody. Woda jest zasobem kluczowym dla tajwańskiego przemysłu, w tym właśnie dla TSMC. A to rolnikom się niespecjalnie podoba, tym bardziej iż sami zdają sobie sprawę, iż takie zakłady jak TSMC zużywają wodę, i nie podlegają żadnym restrykcjom.

– TSMC i ci producenci półprzewodników oni w ogóle tego nie odczuwają. My, rolnicy, chcemy po prostu móc uczciwie żyć – żalił się Tian Shou-shi, trudniący się uprawą ryżu. A z danych S&P Global Ratings wynika, iż TSMC zwiększyła zużycie wody od 2015 roku o ponad 35 proc. Było to związane z przejściem na bardziej zaawansowaną produkcję coraz bardziej skomplikowanych układów scalonych.

– Uważamy, iż było to głównie spowodowane przejściem do zaawansowanych węzłów, które wymagają większej liczby procesów produkcyjnych. Biorąc pod uwagę dominację TSMC w zaawansowanej produkcji chipów, potencjalne zakłócenia w działalności związane z wodą mogą zakłócić globalny łańcuch dostaw – tłumaczy w swoim raporcie agencja ratingowa.

Wiele fabryk znajduje się w strefie zagrożonej niedoborami wody

Biorąc pod uwagę, jak wiele jest na Ziemi miejsc zagrożonych niedoborami wody oraz trendami w światowej produkcji półprzewodników, pojawia się pytanie o przyszłość branży. Chodzi o coraz większe obawy odnośnie wciąż postępującego globalnego ocieplenia. Przypomnijmy, iż w tym roku będziemy najprawdopodobniej mieli pierwsze przekroczenie progu 1,5 st. C. A perspektywy z zapanowaniem nad globalnym ociepleniem nie wyglądają zbyt dobrze.

Według raportu przestawionego na początku tego roku co najmniej 40 proc. wszystkich istniejących zakładów produkujących półprzewodniki znajduje się obszarach zagrożonych niedoborami wody. Szacuje się, iż zagrożenie niedoborami wody do 2030 roku będzie w tych miejscach wysokie lub skrajnie wysokie.

Ilustracja. Poziom ryzyka niedoboru wody na świecie od najmniejszego do największego. Białe kropki to miejsca, gdzie znajdują się fabryki półprzewodników. Źródło: iScience. (kliknij, aby powiększyć)

Powyższa mapa przedstawia ryzyka niedoboru wody związane z jej procentowym zużyciem. Obszary wysokiego ryzyka to te, w których wykorzystuje się od 40 do 80 proc. całkowitych zasobów wodnych dostępnych dla wszystkich innych potrzeb człowieka. Obszary skrajnie wysokiego ryzyka, to miejsca, gdzie wykorzystuje się ponad 80 proc. zasobów.

– Bezpieczeństwo wodne będzie coraz ważniejszym czynnikiem wpływającym na profile kredytowe firm produkujących półprzewodniki. Niewłaściwe gospodarowanie zasobami wodnymi może zakłócić działalność firmy, pogorszyć wyniki finansowe i potencjalnie odbić się na relacjach z klientami – stwierdził Hins Li.

Sama dekarbonizacja może kilka pomóc

Według raportu choćby w sytuacji, kiedy podjęte zostaną działania na rzecz dekarbonizacji światowej gospodarki, ryzyko niedoboru lub wręcz braku wody będzie wciąż duże i to już za kilka lat. choćby 27 proc. zakładów znajdzie się w sytuacji ekstremalnego ryzyka stresu wodnego. Już za kilka lat. Scenariusze przyszłych zmian klimatycznych sugerują, iż ponad 40 procent wszystkich nowych zakładów produkujących półprzewodniki od 2021 roku będzie znajdowało się w miejscach wysokie lub skrajnie wysokiego ryzyka niedoborów wody. Innymi słowy, powstanie tych zakładów będzie w przyszłości oznaczało dla nich problem.

– Tymczasem zmiany klimatyczne zwiększają częstotliwość występowania ekstremalnych warunków pogodowych, częstotliwość suszy i zmienność opadów, ograniczając zdolność producentów chipów do zarządzania stabilnością produkcji – zwraca uwagę Li.

Ratunkiem przeniesienie fabryk półprzewodników w bezpieczne miejsca?

Te inwestycje powstają najwyraźniej bez uwzględniania ryzyka, są to przecież wielomiliardowe projekty. Główni producenci półprzewodników, tacy jak Intel i TSMC, twierdzą, iż poważnie traktują gospodarkę wodną. Jednak raporty ich własnych firm sugerują, iż mogą pojawić się problemy. Pomimo inwestycji TSMC w odzyskiwanie i recykling wody, firma przewiduje, iż będzie w stanie zapewnić tylko dwie trzecie dziennego zużycia wody w swoich zakładach na Tajwanie. Tymczasem Intel twierdzi, iż osiąga dodatnie zużycie wody netto w całej swojej sieci produkcyjnej. Sęk w tym, iż udaje mu się to jednak tylko dzięki zliczaniu nadwyżek wody w lokalizacjach w jednej części świata w stosunku do deficytów wody w innych zakładach.

Nie będzie łatwo ani tanio przezwyciężyć ryzyko chronicznego niedoboru wody dla przemysłu półprzewodników, wynikające z rozwijającej się sytuacji kryzysowej związanej z klimatem. Już teraz istnieją konflikty między sektorem a innymi użytkownikami wody. Przykładem jest francuskie Grenoble. Kiedy w zeszłym roku włoski producent półprzewodników STMicroelectronics ogłosił rozbudowę swoich zakładów, około tysiąca protestujących wyszło z hasłem „Wody, a nie chipów”.

Globalne ocieplenie wraz z rosnącymi potrzebami przemysłu elektronicznego powoduje, iż choćby w sytuacji dokonania zmian przez producentów mogą wystąpić problemy. Żadna poprawa wydajności nie rozwiąże problemu z dostępnością wody potrzebnej nie tylko do produkcji półprzewodników, ale też na pozostałe potrzeby.

Poza samą walką z globalnym ociepleniem jedynym dobrym rozwiązaniem jest zmiana lokalizacji zakładów. Przeniesienie ich tam, gdzie problemów z wodą nie ma. Problem polega na tym, iż takich miejsc na świecie mamy coraz mniej.

–

Zdjęcie tytułowe: shutterstock/TimeStopper69