實現全球氣候目標,部份要靠半導體,但晶片製造也助長了氣候危機。(圖片來源:Laura Ockel/Unsplash)

【為什麼我們挑選這篇文章】

氣候變遷為全球共同議題,電動車、再生能源將是未來減碳生活的必備品,以上的產業都需要使用到晶片。

減碳不能少了晶片,但晶片製造卻同時助長氣候危機,需要大量能源與水,並排放廢棄物。為此,不只台積電,全球的半導體產業都積極開發新的晶片製程,減碳達永續發展目標。(責任編輯:陳怡君)

衛報報導,蓬勃發展的半導體產業遇到一個矛盾的問題,要實現全球氣候目標,部份要靠半導體,因為它是電動汽車、太陽能電池陣列和風機不可或缺的一部分。但晶片製造也助長了氣候危機,需要大量的能源和水。晶片製造廠或晶圓廠每天要使用數百萬加侖的水,並且會產生危險廢棄物。

綠色和平:台積電一家公司就佔台灣電力近5%

隨著半導體產業發現自己愈來愈受到關注,該產業開始應對其氣候影響。蘋果的最大晶片製造商台積電本月 16 日承諾到 2050 年實現淨零排放。台積電董事長劉德音表示,「要擴大我們的環境影響力,推動產業走向低碳永續發展。」

但半導體製造業的脫碳是個巨大挑戰。根據綠色和平組織的資料,台積電一間公司使用了台灣全部電力的近 5%,2022 年預計將上升至 7.2%,2019 年使用約6300 萬噸水。今年台灣發生該國半世紀以來最嚴重乾旱,台積電的用水量成為熱門話題,引發晶片製造商與農民搶水的爭議。

在美國,英特爾的亞利桑那州奧科蒂洛廠今年前三個月產生了近 1 萬 5000 噸廢物,其中約 60%是危險性廢棄物。這座佔地 700 英畝的廠房還消耗了 9.27 億加侖的淡水,足以填滿約 1400 個奧林匹克游泳池,並消耗了 5.61 億度電。

哈佛大學研究員古塔(Udit Gupta)等人在 2020 年的一篇論文中寫道,晶片製造「佔了電子設備的大部分碳輸出」,而非能源消耗或硬體使用

美國、歐盟目標提升晶片產量 恐增加碳足跡

疫情大流行、電子產品需求增加以及 COVID-19 爆發導致晶圓廠關閉,全球高階晶片短缺增加了各界對該產業的關注。

在緊張的市場中,汽車製造商發現自己在等待晶片的隊伍中,遠遠落後於蘋果等規模更大的半導體客戶。通用汽車本月停止了北美幾家工廠的生產,而豐田則表示將在 9 月份將其汽車產量削減 40%。

為了增加產量,許多國家正在啟動大型計畫推進晶圓產業的發展。美國晶片法案提議在五年內為美國半導體業提供 520 億美元的資金。歐盟也提出自己的法案,要在2030年將自己的全球晶片市佔提高到 20%。歐盟執委會主席馮德萊恩上週在歐盟國情咨文中稱其為「技術主權問題」。

這些目標與國際氣候目標是有潛在衝突的。歐盟和美國的目標是 2030 年達成50% 淨零碳排放,2050 年完全實現淨零。但隨著半導體產業的發展,其碳足跡也將愈來愈高。

不過,投資人和電子製造商對客戶也有綠化供應鏈的壓力,半導體因此一直在擴大行動以因應其氣候足跡。

轉向乾淨電力 台積電簽下企業最大再生能源採購案

安森美半導體首席設計工程師達斯古塔(Sohini Dasgupta)表示:「最近我們對環境的影響成為關注焦點。」兩年前,該產業在這個議題上還不上不下,「永續性很重要,但我們不知道如何處理它」。但現在她看到了變化:「每天這個議題都會出現在我們的電子信箱中,我們公司在做什麼,其他公司在做什麼。」

Bernstein投資公司半導體分析師李馬克(Mark Li,暫譯)表示,道德投資的興起有所幫助。基金經理開始推銷「綠色基金」,投資人對企業的環境、社會和治理(environmental, social, and governance, ESG)影響提出更多問題。「過去三年,ESG 投資聲量比過去大了很多⋯⋯這最終會改變公司的行為。」

再生能源發展助晶圓廠減少碳足跡

再生能源的發展正在幫助晶片製造商減少碳足跡。英特爾承諾 2030 年 100%使用再生能源,台積電則是 2050 年。

台積電發言人高孟華表示,能源消耗佔台積電排放量的 62%。該公司去年與丹麥能源公司沃旭簽署了一項為期 20 年的協議,購買沃旭在台灣海峽建造的 920 兆瓦海上風電場的所有能源。

Wood Mackenzie 能源顧問公司再生能源分析師巴爾拉(Shashi Barla)表示,這筆交易可說是全球最大的企業再生能源採購協議,除了保證乾淨電力供應外,還用批發價購電,擺脫價格衝擊,「一石二鳥」。

麻省理工學院電子工程和計算機科學教授方史塔(Clifton Fonstad)表示,台積電的行動可能影響整個產業,鼓勵其他製造商效仿。

提高晶圓廠效率,業者減碳多管齊下

貝恩顧問公司(Bain & Company)半導體製造專家漢伯里(Peter Hanbury)表示,除了轉向再生能源,晶片製造商還可以提高晶圓廠的效率。他說,晶圓廠基本上是一個「內部有無塵室的巨大倉庫」,要減少排放,最簡單的部分是從設施本身下手。

晶圓廠可以更有效地調節空氣和水溫、濕度和壓力。他們可以對倉庫進行分段,有的生產線的壓力較高,有的生產線的壓力較低,比將整個倉庫維持高壓更省能源。

康乃爾大學從事半導體材料研究的工程學教授辛惠里說,晶圓廠可以採集更多資料,並利用機器學習讓工具在沒使用時關閉。

相關創新還包括解決半導體製程中高污染材料的問題。晶片在生產過程中會使用許多氣體,其中許多對氣候產生重大影響

台積電表示,廠內已經安裝了洗滌器和其他設施來處理氣體排放。索爾維特殊化學品公司(Solvay Special Chemicals)從事半導體氣體研究的化學工程師皮特羅夫(Michael Pittroff)說,另一種方法是換掉最高污染的清潔用氣體。這些氣體是用來清潔半導體製程中的精密工具。

皮特羅夫說,他的團隊過去六年在大約六家晶片製造商客戶進行工業測試,用相對比較低污染的氟取代較高污染的氣體,降低全球暖化的影響。

專家預測:對抗氣侯危機,業者將開始修改晶片製程

其他公司把目標放在蝕刻晶片和清潔矽表面的氣體。例如,巴黎工業氣體公司Air Liquide已經推出一系列對全球暖化影響較小的替代蝕刻氣體。

但更換氣體將是一個挑戰:一旦晶圓廠開始運作,任何接觸矽的物質,包括蝕刻氣體,都很難換,漢伯里說。蝕刻過程高度精密,晶圓廠要在郵票大小的晶圓上完美放置多達 1 億個晶體管。漢伯里說,晶圓廠需要四到五年的時間來開發一個配方,「一旦開發出來,不會想改變的。」

有些專家認為,晶片製造商將開始修改他們的製程以引入更環保的氣體。「如果台積電換了,我相信其他家也會,」方史塔說,「如果台積電不這樣做,其他製造商可能會轉而主張他們比台積電更好。」

晶片業觀察家:這個產業似乎是認真要減碳

有些晶片業觀察家認為,這個產業似乎是認真要減碳。李馬克說,目前對晶片的巨大需求會幫助半導體產業實現永續發展目標。「他們的利潤很高,賺了很多錢。因此,即使所有這些綠色減排措施都有成本,但他們負擔得起。而且愈來愈多的客戶願意為更環保的設備支付更高費用。」李馬克說。

【小英!台灣「淨零碳排」的金援來了】比爾蓋茲挹注15億投資綠能,嗆美政府若無配套政策,就轉往歐亞!

課徵碳稅已成國際遊戲規則,台灣若不跟上,稅金就會落外國口袋!

(本文經 環境資訊中心 授權轉載,並同意 CitiOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題:〈晶片荒 脫碳挑戰更峻 外媒分析台積電在內的半導體減碳前景〉,首圖來源:Unsplash