Vier solide Schritte zur Dekarbonisierung der Halbleiterherstellung

Mikrochips sind in Technologien eingebettet, die die Energiewende symbolisieren, wie z. B. Sonnenkollektoren, Windturbinen, Elektrofahrzeuge und intelligente Netze. Doch die Produktion dieser Chips ist in der Elektronikindustrie alles andere als nachhaltig. Daher kommt der Halbleiterindustrie eine Schlüsselrolle zu, wenn es darum geht, den Weg in eine nachhaltigere Zukunft zu ebnen. Inzwischen erfordert die Herstellung immer komplexere Prozesse, was zu einem erheblichen Anstieg des Energie- und Wasserverbrauchs und der Emissionen von Chemikalien wie Treibhausgasen führt.

Mikrochips sind in Innovationen wie Sonnenkollektoren, Windturbinen, Elektrofahrzeugen und intelligenten Stromnetzen zu finden. Auf diese Weise können wir Energie effizienter nutzen und eine nachhaltigere Zukunft erreichen.

Die Miniaturisierung ist ein Beispiel dafür, wie die Industrie auf den Bedarf an leistungsfähigeren Mikrochips („Moore’sches Gesetz“) reagiert, um die ungebremste weltweite Nachfrage zu befriedigen.

Eine beunruhigende Vorhersage

Jüngste Untersuchungen zeigen, dass die CO2-Emissionenjährlich um etwa 8 % steigen werden, wenn das Wachstum der Halbleiterindustrie anhält – eine besorgniserregende Vorhersage. Die Notwendigkeit der Nachhaltigkeit in der Halbleiterindustrie wird noch deutlicher, wenn wir die Auswirkungen mit anderen Sektoren vergleichen: Während sich die Gesamtemissionen weltweit auf rund 50 Milliarden Tonnen belaufen, ist die IKT-Industrie für 1,2 Milliarden Tonnen verantwortlich, die Halbleiterherstellung für rund 175 Millionen Tonnen.

Hier sehen wir die Herausforderungen

Neben der Dekarbonisierung steht die Halbleiterindustrie vor weiteren großen Nachhaltigkeitsherausforderungen:

• Planetarische Grenzen: Die vom Stockholm Resilience Centre festgelegten planetarischen Grenzen zeigen, wie viel Druck die Erde aushalten kann, bevor irreparable Schäden auftreten. Die Halbleiterindustrie muss diese Grenzen einhalten, um ökologische Kipppunkte zu vermeiden, die zu schwerwiegenden Umweltschäden, wie dem Verlust der biologischen Vielfalt, führen könnten.
• Rückgewinnung von natürlichen Ressourcen: Schlüsselrohstoffe wie Lithium, Kobalt und Neodym sind für die Technologien der Zukunft unverzichtbar, aber ihre Verfügbarkeit ist begrenzt. Für die Gewinnung und Nutzung dieser Materialien werden effiziente und nachhaltige Methoden benötigt, ebenso wie wirksame Recyclingmethoden, um unsere Abhängigkeit zu verringern. Denken Sie an die Rückgewinnung von Edelgasen wie Helium und Neon, Chemikalien und seltenen und teuren Metallen.
• Verwendung von gefährlichen Stoffen: Das Vorhandensein von gefährlichen Stoffen wie PFAS (Poly- und Perfluoralkylsubstanzen) und SVHC in Halbleiterherstellungsprozessen gibt Anlass zu großer Sorge. Denn diese Chemikalien haben schädliche Auswirkungen sowohl auf die menschliche Gesundheit als auch auf die Umwelt. Die Vorschriften für die Verwendung dieser Stoffe werden immer strenger und können sogar zu einem obligatorischen Ausstieg aus der Verwendung führen.
• Wasser: Für die Herstellung von Halbleitern werden große Mengen an Reinstwasser benötigt, was die verfügbaren Ressourcen stark belastet. Eine einzige Halbleiterfabrik kann täglich mehrere zehn Millionen Liter Wasser verbrauchen, was dem Wasserverbrauch einer Kleinstadt entspricht. Die Unternehmen der Halbleiterindustrie bemühen sich daher, ihren Wasserverbrauch zu optimieren und in Technologien zu investieren, die eine Wiederverwendung ermöglichen.

Der Fahrplan für eine nachhaltige Zukunft

Die oben genannten Herausforderungen dürfen nicht unterschätzt werden. Um die Halbleiterproduktion nachhaltiger zu gestalten, entwickelt Deerns zusammen mit seinen Kunden einen Fahrplan mit vier konkreten Maßnahmen:

• Festlegen von Ambitionen

Umsetzung von Nachhaltigkeitsambitionen in konkrete Ziele für die Produktionsstätte. Viele Unternehmen haben ihre Ziele auf der Grundlage der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung ( Sustainable Development Goals, SDGs) festgelegt. Ein konkretes Ziel könnte zum Beispiel sein, bis 2027 mindestens 60 % des Wassers im Produktionsprozess wiederzuverwenden und damit den Wasserverbrauch deutlich zu senken. Die folgenden drei SDGS sind für die Elektronikindustrie besonders dringlich:

Bekämpfung des Klimawandels: Verringerung der CO2-Emissionen und anderer Treibhausgase; effizientere Nutzung von Energieressourcen

Sauberes Wasser und sanitäre Einrichtungen: Wasserwiederverwendung; Wassereffizienz

Geschützte Ökosysteme, Wälder und biologische Vielfalt: Verringerung von Schadstoffemissionen; verantwortungsvolle Nutzung von Ressourcen

• Der 30-Jahres-Ausblick

Bei der Zukunftssicherung einer Fabrik ist es wichtig, über den kurzfristigen Bedarf hinauszublicken und eine Perspektive von 30 Jahren zu haben. Was steht als Nächstes an, wenn man technologische Entwicklungen, Rohstoffanforderungen, neue Vorschriften und gesellschaftliche Trends berücksichtigt? Oft sind die zu treffenden Maßnahmen sehr kostspielig und die Abschreibung verteilt sich auf 10 Zehntel eines Jahres.

• Identifizieren Sie die wichtigsten „Schuldigen

Ermitteln Sie die Hauptverursacher“ innerhalb der Produktionsprozesse und Lieferanten (Lieferkette). Auf diese Weise lässt sich feststellen, wo das größte Verbesserungspotenzial liegt und wie groß das Risiko und die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen sind.

• Einen klaren Überblickschaffen

Vervollständigen Sie das Bild mit detaillierten Berichten, Szenarioanalysen, Zwischenmeilensteinen und damit verbundenen Investitionen. Mit diesen Informationen können Sie gezielt und effizient mit der Umsetzung beginnen.

Deerns unterstützt Halbleiterhersteller nicht nur bei der Erstellung dieser Roadmaps und begleitet deren Umsetzung. Mit unserer Expertise in der Halbleiterindustrie und unserem fundierten Wissen über Nachhaltigkeit können wir auch auf Prozessebene wertvolle Hinweise geben. Wir bewerten auch, ob die zu ergreifenden Maßnahmen wirtschaftlich machbar und in einem Umfeld durchführbar sind, in dem die Produktion 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr laufen muss. Auf diese Weise unterstützen wir Unternehmen in der Elektronik- und Chip-Produktion bei der Bewältigung der schwierigen Herausforderung, die weltweite Nachfrage zu befriedigen und gleichzeitig eine grünere Zukunft zu sichern.