Halfgeleiders zijn de basisbouwstenen van microchips. Deze technologische wonderen zitten in alles, van gloeilampen en tandenborstels tot auto's, treinen en vliegtuigen, om nog maar te zwijgen van de enorme hoeveelheid elektronica die een integraal onderdeel is geworden van het dagelijks leven van veel mensen.
De chipindustrie van de 21e eeuw wordt beschreven als “geopolitiek gezien minstens even belangrijk als olie in de 20e eeuw.” Maar halfgeleider Voor de productie zijn enorme hoeveelheden water nodig om machines koel te houden en de wafelplaten vrij te houden van puin, en de zich ontwikkelende klimaatcrisis brengt de industrie in gevaar.
Ondanks de afhankelijkheid van de industrie van water, is er weinig aandacht besteed aan de gevolgen die veranderende milieuomstandigheden hierop kunnen hebben. In de berichtgeving van journalisten en denktanks wordt het klimaat vaak over het hoofd gezien als een risicofactor voor de toekomst van de industrie.
Toch zijn er mondiaal en regionaal tekenen van problemen. Taiwan produceert bijvoorbeeld ongeveer 90 procent van de meest geavanceerde halfgeleiders ter wereld en kent sinds 2021 een aanzienlijke droogte.
De droogte is zo erg dat Taiwanese boeren worden betaald om hun velden braak te houden, zodat water dat anders naar de landbouw zou gaan, naar halfgeleiderfabrieken kan worden gevoerd. Taiwanese fabrieken hebben zelfs hun toevlucht moeten nemen tot het vervoeren van water van het ene stroomgebied naar het andere om tekorten te overwinnen.
Openbaar beschikbare gegevens over door klimaatverandering veroorzaakte waterstress, gecombineerd met gegevens over de locatie van bestaande, geplande en aangekondigde halfgeleiderproductiefaciliteiten over de hele wereld, wijzen allemaal op mondiale patronen van zorg voor de toekomst van de halfgeleiderproductie.
Dreigende watertekorten in het verschiet
Ongeacht het klimaatveranderingsscenario dat we in ogenschouw nemen – of het nu optimistisch, ‘business-as-usual’ of pessimistisch is – bevindt minimaal 40 procent van alle bestaande halfgeleiderfabrieken zich in stroomgebieden die naar verwachting in 2030 een hoog of extreem hoog risico op waterstress zullen ondervinden.
Stroomgebieden met een hoog risico zijn die waarin 40 tot 80 procent van het totale hernieuwbare oppervlakte- en grondwater dat beschikbaar is voor alle doeleinden (bijvoorbeeld irrigatie, industrieel gebruik en huishoudelijk gebruik) in gebruik is. Stroomgebieden met een extreem hoog risico zijn die waarin meer dan 80 procent van het totale hernieuwbare oppervlakte- en grondwater in gebruik is.
Een groot deel van de recente bezorgdheid over de productie van halfgeleiders schetst de kwestie in geopolitieke termen over rivaliteit tussen staten, vooral tussen China en de Verenigde Staten.
Zowel de VS als Europa hebben grote overheidsfinanciering aangekondigd voor de halfgeleiderindustrie, vooral om de faciliteiten terug te brengen van bedrijven die tientallen jaren lang productiecapaciteit buiten die regio's hebben opgezet. De productiefaciliteiten die in de VS en Europa worden aangekondigd of in aanbouw zijn, bevinden zich echter allemaal in regio's die al met aanzienlijke waterstress kampen.
Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) en Samsung bouwen allemaal nieuwe faciliteiten in het zuidwesten van de VS – een regio die sinds 1994 onder officiële droogteomstandigheden verkeert. In 2021 deed het Amerikaanse Bureau of Reclamation zijn eerste tekortverklaring ooit voor de Colorado-regio. Stroomgebied.
Toekomstige klimaatveranderingsscenario's suggereren dat meer dan 40 procent van alle nieuwe productiefaciliteiten voor halfgeleiders die sinds 2021 zijn aangekondigd, zich in stroomgebieden zullen bevinden die waarschijnlijk te maken zullen krijgen met scenario's met een hoog of extreem hoog risico op waterstress.
Simpel gezegd creëren klimaatverandering en watertekorten risico's voor de productie van halfgeleiders, zowel op de korte als op de lange termijn.
De toestand van de industrie
De productiefaciliteiten voor halfgeleiders zijn een investering van meerdere miljarden dollars. Je pakt niet zomaar een voorziening op van de ene locatie en zet deze ergens anders neer als de lokale watercondities problematisch worden.
Hoe zorgwekkend de toekomst ook mag zijn voor de sector, de totale risico's op het gebied van waterschaarste vertellen slechts een deel van het verhaal. Het belang van bepaalde knooppunten in mondiale productienetwerken voor halfgeleiders is een andere sleutelfactor.
TSMC wordt bijvoorbeeld algemeen erkend als wereldleider in de productie van geavanceerde halfgeleiders voor bedrijven als Apple, Nvidia en Cerebras. Toch bevinden de faciliteiten waar TSMC voor deze bedrijven produceert zich op slechts drie locaties in Taiwan. Dit maakt de mondiale productienetwerken die deze technologieën vervaardigen behoorlijk kwetsbaar. Halfgeleiders, vooral de meest geavanceerde, vertrouwen op een netwerk van slechts een handvol faciliteiten zoals dat van TSMC.
Klanten van deze faciliteiten kunnen niet gemakkelijk overstappen naar een andere leverancier als er zich een verstoring voordoet, waardoor problemen die zich bij één enkele faciliteit voordoen, via de mondiale toeleveringsketens kunnen stromen. Dit kan gevolgen hebben voor een grote verscheidenheid aan grondstoffen die gebruik maken van halfgeleiders, zoals werd ervaren tijdens de COVID-19-pandemie.
Grote halfgeleiderfabrikanten zoals Intel en TSMC beweren dat ze waterbeheer serieus nemen. Toch suggereren hun eigen bedrijfsrapporten dat er mogelijk problemen in het verschiet liggen. Ondanks de investeringen van TSMC in waterterugwinning en recycling verwacht het bedrijf slechts tweederde van het dagelijkse waterverbruik te kunnen leveren dat nodig is in de Taiwanese faciliteiten.
Intel beweert ondertussen een netto positief watergebruik te realiseren in zijn hele productienetwerk. Maar zij bereikt deze prestatie alleen door het overtollige water op locaties in het ene deel van de wereld te vergelijken met de watertekorten in haar faciliteiten elders.
Een zorgwekkende toekomst in het verschiet
Het zal niet gemakkelijk – of goedkoop – zijn om de chronische waterstressrisico’s voor de halfgeleiderindustrie als gevolg van de zich ontwikkelende klimaatcrisis te overwinnen. Er bestaan al conflicten tussen de sector en andere watergebruikers.
Zelfs als individuele bedrijven indrukwekkende verbeteringen in de efficiëntie van het watergebruik doorvoeren, resulteren deze inspanningen niet automatisch in systemische efficiëntie in de productienetwerken van halfgeleiders. En geen enkele mate van efficiëntie kan ooit het probleem overwinnen dat het water dat nodig is voor de productie van halfgeleiders ook nodig is voor andere gebruikers.
Het zou nog steeds mogelijk kunnen zijn om enkele van de ergste gevolgen van het vasthouden van toekomstige waterstress voor de sector te vermijden door de locatie van toekomstige faciliteiten te heroverwegen die zijn aangekondigd, maar nog niet in aanbouw zijn.
Zonder veilige toegang tot grote hoeveelheden water zijn er geen halfgeleiders, en zonder halfgeleiders is er geen elektronica. De klimaatcrisis is een belangrijke oorzaak van waterstress, zowel nu als in de toekomst. Kan de technologiesector dit aan? Dat zullen we later zien.