Halbleiter sind die Grundbausteine von Mikrochips. Diese technologischen Wunderwerke finden sich in allem, von Glühbirnen und Zahnbürsten bis hin zu Autos, Zügen und Flugzeugen, ganz zu schweigen von der riesigen Vielfalt an Elektronik, die aus dem täglichen Leben vieler Menschen nicht mehr wegzudenken ist.
Die Chipherstellungsindustrie des 21. Jahrhunderts wurde als „geopolitisch mindestens so bedeutsam wie Öl im 20. Jahrhundert“ beschrieben. Aber Halbleiter Die Herstellung erfordert große Mengen Wasser, um die Maschinen zu kühlen und die Waffelblätter frei von Schmutz zu halten, und der sich ausbreitende Klimanotstand gefährdet die Branche.
Trotz der Abhängigkeit der Branche von Wasser wurde bisher kaum darauf geachtet, welche Auswirkungen sich ändernde Umweltbedingungen auf sie haben können. In der Berichterstattung von Journalisten und Denkfabriken wird das Klima häufig als Risikofaktor für die Zukunft der Branche übersehen.
Dennoch gibt es weltweit und regional Anzeichen für Probleme. Taiwan beispielsweise produziert rund 90 Prozent der weltweit fortschrittlichsten Halbleiter und erlebt seit 2021 eine erhebliche Dürre.
Die Dürre ist so schlimm, dass taiwanesische Bauern dafür bezahlt werden, ihre Felder brachliegen zu lassen, damit Wasser, das sonst für die Landwirtschaft verwendet würde, in Halbleiterfabriken eingespeist werden kann. Um Engpässe zu beheben, mussten taiwanesische Produktionsbetriebe sogar auf den Transport von Wasser per LKW von einem Wassereinzugsgebiet zum anderen zurückgreifen.
Öffentlich verfügbare Daten zum durch den Klimawandel verursachten Wasserstress sowie Daten zum Standort bestehender, geplanter und angekündigter Halbleiterproduktionsanlagen auf der ganzen Welt deuten auf globale Muster hin, die Anlass zur Sorge hinsichtlich der Zukunft der Halbleiterproduktion geben.
Es droht Wasserknappheit
Unabhängig vom betrachteten Klimawandelszenario – ob optimistisch, unverändert oder pessimistisch – befinden sich mindestens 40 Prozent aller bestehenden Halbleiterproduktionsanlagen in Wassereinzugsgebieten, in denen bis 2030 ein hohes oder extrem hohes Wasserstressrisiko zu erwarten ist.
Wassereinzugsgebiete mit hohem Risiko sind solche, in denen 40 bis 80 Prozent des gesamten erneuerbaren Oberflächen- und Grundwassers, das für alle Zwecke (z. B. Bewässerung, Industrie, häusliche Nutzung) verfügbar ist, genutzt werden. Wassereinzugsgebiete mit extrem hohem Risiko sind solche, in denen mehr als 80 Prozent des gesamten erneuerbaren Oberflächen- und Grundwassers genutzt werden.
Ein Großteil der jüngsten Besorgnis über die Halbleiterfertigung stellt das Problem in geopolitischer Hinsicht dar und betrifft die zwischenstaatliche Rivalität, insbesondere zwischen China und den Vereinigten Staaten.
Sowohl die USA als auch Europa haben umfangreiche staatliche Mittel für die Halbleiterfertigungsindustrie angekündigt, insbesondere um die Anlagen von Unternehmen wiederherzustellen, die jahrzehntelang Produktionskapazitäten außerhalb dieser Regionen aufgebaut haben. Allerdings befinden sich die angekündigten oder im Bau befindlichen Produktionsanlagen in den USA und Europa alle in Regionen, die bereits mit erheblicher Wasserknappheit konfrontiert sind.
Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) und Samsung bauen alle neue Anlagen im Südwesten der USA – einer Region, in der seit 1994 offizielle Dürrebedingungen herrschen. Im Jahr 2021 gab das US Bureau of Reclamation seine erste Knappheitserklärung für Colorado ab Flussbecken.
Zukünftige Klimawandelszenarien deuten darauf hin, dass sich mehr als 40 Prozent aller seit 2021 angekündigten neuen Halbleiterproduktionsanlagen in Wassereinzugsgebieten befinden werden, in denen es zu Wasserknappheitsszenarien mit hohem oder extrem hohem Risiko kommen kann.
Vereinfacht gesagt schaffen Klimawandel und Wasserknappheit sowohl kurz- als auch langfristig Risiken für die Halbleiterfertigung.
Der Zustand der Branche
Halbleiterfertigungsanlagen sind Investitionen in Höhe von mehreren Milliarden Dollar. Man holt eine Anlage nicht einfach von einem Standort ab und stellt sie woanders hin, wenn die örtlichen Wasserbedingungen problematisch werden.
So besorgniserregend die Zukunft für den Sektor auch sein mag, die Gesamtgefahr durch Wasserknappheit ist nur ein Teil der Wahrheit. Ein weiterer Schlüsselfaktor ist die Bedeutung einzelner Knotenpunkte in globalen Produktionsnetzwerken für Halbleiter.
Beispielsweise gilt TSMC weithin als weltweit führend in der Herstellung fortschrittlicher Halbleiter für Unternehmen wie Apple, Nvidia und Cerebras. Dennoch befinden sich die Einrichtungen, in denen TSMC für diese Unternehmen fertigt, an nur drei Standorten in Taiwan. Dies macht die globalen Produktionsnetzwerke, die diese Technologien herstellen, ziemlich anfällig. Halbleiter, insbesondere die fortschrittlichsten, sind auf ein Netzwerk von nur einer Handvoll Einrichtungen wie TSMC angewiesen.
Kunden dieser Einrichtungen können im Falle einer Störung nicht einfach zu einem anderen Lieferanten wechseln, sodass sich Probleme, die in einer einzelnen Einrichtung auftreten, auf die globalen Lieferketten auswirken können. Dies kann sich auf eine Vielzahl von Waren auswirken, die Halbleiter verwenden, wie es während der COVID-19-Pandemie der Fall war.
Große Halbleiterhersteller wie Intel und TSMC behaupten, den Umgang mit Wasser ernst zu nehmen. Doch ihre eigenen Unternehmensberichte deuten darauf hin, dass möglicherweise Schwierigkeiten bevorstehen. Trotz der Investitionen von TSMC in die Wasserrückgewinnung und das Recycling rechnet das Unternehmen damit, in seinen Werken in Taiwan nur zwei Drittel des täglichen Wasserverbrauchs decken zu können.
Intel behauptet unterdessen, in seinem gesamten Produktionsnetzwerk einen positiven Nettowasserverbrauch zu erzielen. Dieser Erfolg gelingt ihm jedoch nur dadurch, dass überschüssiges Wasser an Standorten in einem Teil der Welt mit Wasserdefiziten in seinen Anlagen anderswo verglichen wird.
Eine besorgniserregende Zukunft liegt vor uns
Es wird nicht einfach – oder billig – sein, die chronischen Wasserknappheitsrisiken für die Halbleiterindustrie zu überwinden, die sich aus dem sich ausbreitenden Klimanotstand ergeben. Es bestehen bereits Konflikte zwischen dem Sektor und anderen Wassernutzern.
Auch wenn einzelne Unternehmen beeindruckende Verbesserungen bei der Wassernutzungseffizienz erzielen, führen diese Bemühungen nicht automatisch zu systemischen Effizienzsteigerungen in allen Halbleiterproduktionsnetzwerken. Und keine noch so große Effizienz wird jemals das Problem lösen können, dass das Wasser, das für die Halbleiterfertigung benötigt wird, auch von anderen Verbrauchern benötigt wird.
Es könnte dennoch möglich sein, einige der schlimmsten Folgen einer künftigen Wasserknappheit für den Sektor zu vermeiden, indem man den Standort zukünftiger Anlagen überdenkt, die angekündigt wurden, sich aber noch nicht im Bau befinden.
Ohne sicheren Zugang zu großen Wassermengen gibt es keine Halbleiter und ohne Halbleiter keine Elektronik. Der Klimanotstand ist sowohl jetzt als auch in der Zukunft ein Hauptgrund für Wasserknappheit. Kann der Technologiesektor damit umgehen? Es bleibt abzuwarten.