I semiconduttori sono gli elementi costitutivi di base dei microchip. Queste meraviglie tecnologiche sono ovunque, dalle lampadine agli spazzolini da denti, alle automobili, ai treni e agli aerei, per non parlare della vasta gamma di dispositivi elettronici che sono diventati parte integrante della vita quotidiana di molte persone.
L’industria manifatturiera dei chip del 21° secolo è stata descritta come “geopoliticamente significativa almeno quanto lo era il petrolio nel 20°”. Ma semiconduttore la produzione richiede grandi quantità di acqua per mantenere i macchinari freschi e i fogli di wafer privi di detriti, e l’emergenza climatica in corso mette a rischio il settore.
Nonostante la dipendenza dell’industria dall’acqua, poca attenzione è stata prestata al modo in cui i cambiamenti delle condizioni ambientali potrebbero influenzarla. I resoconti di giornalisti e think tank tendono a trascurare il clima come fattore di rischio per il futuro del settore.
Tuttavia, a livello globale e regionale ci sono segnali di difficoltà. Taiwan, ad esempio, produce circa il 90% dei semiconduttori più avanzati del mondo e dal 2021 sta attraversando una significativa siccità.
La siccità è talmente grave che gli agricoltori taiwanesi vengono pagati per mantenere i loro campi incolti in modo che l’acqua che altrimenti andrebbe all’agricoltura possa essere immessa negli impianti di produzione di semiconduttori. Gli impianti manifatturieri taiwanesi hanno addirittura dovuto ricorrere al trasporto dell’acqua da un bacino all’altro per far fronte alle carenze.
I dati disponibili al pubblico sullo stress idrico indotto dai cambiamenti climatici, combinati con i dati sull’ubicazione degli impianti di produzione di semiconduttori esistenti, pianificati e annunciati in tutto il mondo, indicano tutti modelli di preoccupazione globali per il futuro della produzione di semiconduttori.
Incombente carenza d'acqua in vista
Indipendentemente dallo scenario di cambiamento climatico considerato – ottimista, business-as-usual o pessimistico – almeno il 40% di tutti gli impianti di produzione di semiconduttori esistenti sono situati in bacini idrografici che si prevede subiranno un rischio di stress idrico elevato o estremamente elevato entro il 2030.
I bacini idrografici ad alto rischio sono quelli in cui è in uso dal 40 all'80% del totale delle acque superficiali e sotterranee rinnovabili disponibili per tutti gli scopi (ad esempio, irrigazione, uso industriale, domestico). I bacini idrografici ad alto rischio sono quelli in cui viene utilizzato più dell’80% delle acque superficiali e sotterranee rinnovabili.
Gran parte della recente preoccupazione espressa sulla produzione di semiconduttori dipinge la questione in termini geopolitici relativi alla rivalità interstatale, in particolare tra Cina e Stati Uniti.
Sia gli Stati Uniti che l’Europa hanno annunciato importanti finanziamenti governativi per l’industria manifatturiera dei semiconduttori, in particolare per ripristinare le strutture delle aziende che hanno trascorso decenni a creare capacità produttive al di fuori di quelle regioni. Tuttavia, gli impianti di produzione annunciati o in costruzione negli Stati Uniti e in Europa sono tutti situati in regioni che stanno già affrontando un notevole stress idrico.
Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) e Samsung stanno costruendo nuove strutture negli Stati Uniti sudoccidentali, una regione che è ufficialmente in condizioni di siccità dal 1994. Nel 2021, l'Ufficio di bonifica degli Stati Uniti ha fatto la sua prima dichiarazione di carenza per il Colorado Bacino fluviale.
I futuri scenari di cambiamento climatico suggeriscono che oltre il 40% di tutti i nuovi impianti di produzione di semiconduttori annunciati a partire dal 2021 si troveranno in bacini idrografici che potrebbero subire scenari di stress idrico ad alto o estremamente alto rischio.
In parole povere, il cambiamento climatico e la carenza idrica stanno creando rischi per la produzione di semiconduttori sia a breve che a lungo termine.
Lo stato del settore
Gli impianti di produzione di semiconduttori rappresentano investimenti multimiliardari. Non è sufficiente prelevare una struttura da un luogo e trasferirla altrove se le condizioni idriche locali diventano problematiche.
Per quanto preoccupante possa essere il futuro per il settore, i rischi aggregati di stress idrico raccontano solo una parte della storia. Un altro fattore chiave è l’importanza di particolari nodi nelle reti di produzione globale di semiconduttori.
Ad esempio, TSMC è ampiamente riconosciuta come leader mondiale nella produzione di semiconduttori avanzati per aziende come Apple, Nvidia e Cerebras. Tuttavia, gli impianti in cui TSMC produce per tali aziende si trovano in soli tre siti a Taiwan. Ciò rende le reti di produzione globale che producono queste tecnologie piuttosto fragili. I semiconduttori, soprattutto quelli più avanzati, fanno affidamento su una rete composta solo da una manciata di strutture come quella di TSMC.
I clienti di tali strutture non possono passare facilmente a un altro fornitore di fronte a un’interruzione, quindi i problemi che sorgono in una singola struttura possono riversarsi a catena attraverso le catene di fornitura globali. Ciò può avere un impatto su un’ampia varietà di prodotti che fanno uso di semiconduttori, come accaduto durante la pandemia di COVID-19.
I principali produttori di semiconduttori come Intel e TSMC affermano di prendere sul serio la gestione dell’acqua. Tuttavia, i rapporti della loro stessa azienda suggeriscono che potrebbero esserci problemi in futuro. Nonostante gli investimenti di TSMC nel recupero e nel riciclaggio dell'acqua, l'azienda prevede di essere in grado di fornire solo i due terzi del consumo idrico giornaliero necessario alle sue strutture con sede a Taiwan.
Intel, nel frattempo, afferma di raggiungere un utilizzo netto positivo di acqua in tutta la sua rete di produzione nel suo complesso. Ma riesce a raggiungere questo risultato solo conteggiando l’acqua in eccesso in località in una parte del mondo rispetto ai deficit idrici nelle sue strutture altrove.
Un futuro preoccupante davanti a sé
Non sarà facile – né economico – superare i rischi di stress idrico cronico per l’industria dei semiconduttori derivanti dall’emergenza climatica in corso. Esistono già conflitti tra il settore e altri utenti dell’acqua.
Anche se le singole aziende apportano notevoli miglioramenti in termini di efficienza nell’uso dell’acqua, questi sforzi non si traducono automaticamente in efficienze sistemiche in tutte le reti di produzione di semiconduttori. E nessuna efficienza potrà mai superare il problema dell’acqua necessaria per la produzione di semiconduttori, che viene utilizzata anche da altri utenti.
Potrebbe essere ancora possibile evitare alcune delle peggiori conseguenze di un futuro stress idrico per il settore, ripensando l’ubicazione delle future strutture che sono state annunciate, ma non sono ancora in costruzione.
Senza un accesso sicuro a grandi quantità d’acqua non esistono semiconduttori, e senza semiconduttori non esiste elettronica. L’emergenza climatica è uno dei principali fattori di stress idrico sia ora che in futuro. Il settore tecnologico può farcela? Resta da vedere.