¿Son los semiconductores malos para el medio ambiente?

Existe una tensión silenciosa que recorre la industria de la tecnología y que rara vez llega a la etapa de lanzamiento de un producto. Los dispositivos que compramos para navegar, comunicarnos y entretenernos dependen de chips cuya producción es, de varias maneras mensurables, perjudicial para el planeta. La fabricación de chips consume volúmenes extraordinarios de agua y electricidad, libera potentes gases de efecto invernadero y genera desechos químicos que requieren un manejo cuidadoso. Al mismo tiempo, los productos que impulsan estos chips ayudan a reducir las emisiones en el transporte, la energía y la agricultura. Por lo tanto, decidir si los semiconductores son perjudiciales para el medio ambiente no es una cuestión sencilla. Es una cuestión de compensaciones-, plazos y quién corre con los costos.

 

 

semiconductores

 

Empezando por lo básico: de qué estamos hablando

Para comprender los riesgos ambientales, es útil recordar a qué se refiere realmente la palabra. El significado de semiconductor proviene de la física: un semiconductor es un material cuya capacidad para conducir electricidad se sitúa entre la de un conductor y la de un aislante. El silicio, el ejemplo más común, puede diseñarse para transportar o bloquear corriente eléctrica dependiendo de las condiciones, lo que lo convierte en el bloque de construcción ideal para los transistores. Miles de millones de transistores empaquetados en un solo chip forman los circuitos lógicos dentro de cada teléfono inteligente, servidor, automóvil y electrodoméstico. El proceso de fabricación que produce estos chips a escala nanométrica se encuentra entre las operaciones industriales más intensivas en recursos-del planeta.

 

 

Agua: el costo más invisible

Puntos críticos ambientales:

• Consumo de agua ultra-pura
• Emisiones de gas perfluorocarbono
• Electricidad a partir de combustibles fósiles.
• Corrientes de desechos químicos
• Huella de carbono del equipo

La fabricación de chips requiere agua de extraordinaria pureza, mucho más limpia que el agua potable, que se utiliza para enjuagar las obleas entre los cientos de pasos que forman las capas del circuito. Una única instalación de fabricación grande puede consumir millones de galones de esta agua ultra-pura cada día. Muchas fábricas avanzadas están situadas en regiones que periódicamente enfrentan sequías severas, lo que plantea dudas sobre si ubicar la producción de chips en áreas-con estrés hídrico es sostenible a medida que la producción aumenta aún más.

Lo que la mayoría de la gente no considera es cuánta precisión requiere el hardware para gestionar esa agua una vez que ingresa a la fábrica. Los circuitos de agua ultra-pura dependen de válvulas y accesorios de tubería de acero inoxidable que cumplen con estrictos requisitos de limpieza y resistencia a la corrosión-, porque incluso trazas de contaminación de materiales inferiores pueden arruinar un lote de obleas. Fabricantes como LEADTEK suministran el tipo deVálvulas de bola de acero inoxidable SS316yaccesorios de tuberíadel que dependen las instalaciones de semiconductores para un control de fluidos-libre de fugas y contaminación-en todos sus sistemas de agua ultra-pura. Es un detalle que rara vez aparece en los titulares sobre la huella ambiental de la fabricación de chips; sin embargo, la confiabilidad de cada válvula en el circuito afecta directamente la cantidad de agua que una fábrica desperdicia o recupera.

La preocupación por el agua se profundiza cuando se construyen nuevas instalaciones en regiones áridas o semiáridas-, donde la disponibilidad de agua dulce ya está bajo presión por la agricultura, el crecimiento demográfico y el calentamiento del clima. Los fabricantes de chips han logrado avances genuinos en el reciclaje de agua, y algunas plantas ahora recuperan y reutilizan más del ochenta por ciento del agua que consumen. Sin embargo, el progreso no es lo mismo que la resolución. Incluso el agua reciclada requiere energía para purificarse, y el volumen absoluto de demanda sigue creciendo a medida que aumenta la producción de chips.

 

Válvula de bola con brida de acero inoxidable LEADTEK

 

Gases de efecto invernadero de los que probablemente nunca hayas oído hablar

El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero que domina la conversación pública, pero la contribución atmosférica más preocupante de la industria de los chips proviene de una familia de moléculas completamente diferente. Los perfluorocarbonos y compuestos relacionados, como el trifluoruro de nitrógeno, se utilizan durante los procesos de grabado con plasma y limpieza de cámaras dentro de las fábricas. Estos gases son calentadores increíblemente potentes. El trifluoruro de nitrógeno, por ejemplo, atrapa el calor miles de veces más eficazmente que el dióxido de carbono durante un período de un siglo-y persiste en la atmósfera durante cientos de años.

Durante muchos años, estos gases ni siquiera se incluyeron en los marcos internacionales de seguimiento de emisiones, en parte porque se producían en volúmenes absolutos muy pequeños y en parte porque no tenían fuentes naturales, lo que los hacía fáciles de pasar por alto. La concienciación ha mejorado considerablemente. Los principales fabricantes de chips ahora informan sobre sus emisiones de gases fluorados y han invertido en sistemas de reducción que destruyen los gases antes de que lleguen a la atmósfera. La situación es mejor que hace una década y sigue siendo un motivo legítimo de preocupación a medida que los volúmenes de producción de obleas siguen aumentando.

Los dispositivos de los que dependemos para navegar hacia un futuro más verde son construidos por fábricas que tienen sus propias deudas ambientales que saldar.

 

La ecuación de la energía

Las fábricas funcionan las 24 horas del día y nunca se detienen. Las máquinas que depositan, graban e inspeccionan capas de material sobre obleas de silicio consumen mucha energía de maneras que son difíciles de apreciar plenamente desde el exterior. Una sola gran fábrica puede consumir tanta electricidad como una ciudad pequeña, y el consumo colectivo de la industria mundial de chips rivaliza con el de muchos países-de tamaño mediano. De dónde viene esa electricidad importa enormemente. Una fábrica alimentada por energía hidroeléctrica o solar tiene un perfil de carbono fundamentalmente diferente al de una que funciona con una red pesada-de carbón.

Muchas de las regiones donde se concentra la producción de chips avanzados todavía dependen sustancialmente de combustibles fósiles para su suministro de electricidad, incluido el gas natural licuado y, en algunos casos, el carbón. A medida que ha crecido la capacidad de producción, también lo ha hecho la presión sobre la infraestructura eléctrica local, y los defensores del medio ambiente en varios lugares han expresado su preocupación por la construcción de nueva generación de combustibles fósiles específicamente para satisfacer la demanda de la industria de chips. En general, la industria se ha comprometido a ampliar la adquisición de energía renovable, aunque el ritmo y la credibilidad de esos compromisos varían considerablemente de un operador a otro.

 

El otro lado del libro mayor

Una cuenta equilibrada tiene que reconocer la historia compensatoria. Los semiconductores son parte integral de muchas de las tecnologías que ofrecen los caminos más creíbles para reducir las emisiones globales. Los vehículos eléctricos dependen de chips electrónicos de potencia para gestionar el rendimiento de la batería y la eficiencia de la carga. Los sistemas de redes inteligentes utilizan chips para equilibrar el suministro y la demanda de electricidad en tiempo real, reduciendo el desperdicio. La iluminación LED, las bombas de calor, los controladores de turbinas eólicas y los inversores solares dependen de chips para su función principal. Los ahorros de energía que permiten estas aplicaciones, acumulados en millones de instalaciones y décadas de funcionamiento, son sustanciales.

Los investigadores que han estudiado el ciclo de vida completo de las tecnologías habilitadas para chips-generalmente encuentran que las emisiones evitadas por productos como vehículos eléctricos o termostatos inteligentes superan las emisiones generadas durante la fabricación de chips, a menudo por un margen considerable. Esto no significa que el impacto de la fabricación sea aceptable o ignorable. Significa que la relación entre la fabricación de chips y el medio ambiente es más complicada de lo que puede reflejar un simple veredicto malo-o-bueno.

 

Cómo se ve la rendición de cuentas

Los operadores más fuertes de la cadena de suministro de chips han comenzado a tratar la sostenibilidad como un problema técnico en lugar de un ejercicio de relaciones públicas. Los sistemas de reciclaje de agua se han convertido en requisitos de ingeniería estándar en los nuevos diseños de fábricas. Actualmente, los equipos de reducción de gases fluorados se utilizan ampliamente en las principales instalaciones. La adquisición de energía renovable se está acelerando, impulsada en parte por compromisos corporativos internos y en parte por la presión de los principales clientes del sector tecnológico que tienen sus propios objetivos netos-cero.

La regulación también se está endureciendo. La Directiva sobre informes de sostenibilidad corporativa de la Unión Europea exige que las grandes empresas divulguen datos medioambientales con una especificidad cada vez mayor. Las leyes de divulgación climática de California, que entraron en vigor por etapas a partir de 2024, afectan a los fabricantes de chips con operaciones o clientes importantes en el estado. Estos marcos crean incentivos para la medición y la reducción que van más allá de los compromisos voluntarios.

La respuesta honesta a la pregunta planteada al principio de este artículo es que la fabricación de chips conlleva costos ambientales reales, costos que la industria está trabajando para reducir pero que aún no ha resuelto. Al mismo tiempo, los chips producidos permiten tecnologías que, en última instancia, pueden hacer más para reducir las emisiones de lo que emiten las fábricas. El objetivo no debería ser celebrar esa compensación-sino cerrarla, haciendo que la producción sea más limpia mientras las aplicaciones que permite continúan descarbonizando la economía en general.