In questi giorni di carenza di chip apparentemente infinita, sono richieste sempre più varietà di semiconduttori. Le fabbriche di chip di tutto il mondo stanno correndo per soddisfare le numerose esigenze microelettroniche del pianeta. E le fabbriche di chip hanno bisogno di molta acqua per funzionare.
Secondo alcune stime, una grande fabbrica di chip può utilizzare fino a 10 milioni di galloni d'acqua al giorno, il che equivale al consumo idrico di circa 300.000 famiglie.
Sebbene le aziende di semiconduttori abbiano da tempo compreso che l'accesso all'acqua è un elemento chiave per la loro attività, nell'ultimo decennio questa consapevolezza si è acuita. Nel 2015, la siccità che ha colpito Taiwan (dove si trovano 11 delle 14 fabbriche più grandi del mondo) ha indotto la Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. ad aprire i propri impianti per ispezioni al fine di dimostrare i propri sforzi di conservazione dell'acqua. Sempre nel 2015, Intel ha reso noto di aver ridotto il consumo di acqua di oltre il 40% rispetto ai livelli del 2010, in risposta alle condizioni di aridità dei siti in cui si trovano i suoi impianti.
Da allora, il riciclo dell'acqua negli impianti di semiconduttori ha continuato ad aumentare, secondo Prakash Govindan, direttore operativo di Gradiant, un'azienda che offre tecnologie di riciclo dell'acqua end-to-end a una serie di industrie, tra cui quella dei semiconduttori.
"Il trattamento convenzionale delle acque reflue negli impianti di semiconduttori ricicla dal 40 al 70% dell'acqua utilizzata nei processi", spiega Govindan. "Alcuni produttori riciclano ancora solo il 40% dell'acqua che utilizzano".
Tuttavia, negli ultimi due anni Gradiant ha lavorato con gli impianti di semiconduttori, migliorando il riutilizzo dell'acqua in modo da poter riciclare il 98% dell'acqua utilizzata. Così, invece di portare 10 milioni di galloni di acqua dolce al giorno dall'esterno, queste nuove tecnologie di riciclaggio consentono di prelevare solo 200.000 galloni di acqua dall'esterno dell'impianto per operare.
La tecnologia sviluppata da Gradiant si basa sull'osmosi inversa in controcorrente (CFRO), che è un adattamento di una tecnica di osmosi inversa ben consolidata. I flussi in controcorrente consentono alla tecnologia di spingere il recupero dell'acqua a livelli molto più elevati rispetto alle tecniche di osmosi inversa preesistenti.
Mentre le tecniche di osmosi inversa dipendono dall'alta pressione, che in genere richiede molta energia, Gradiant ha sviluppato una tecnica di bilanciamento termodinamico che riduce al minimo la forza motrice attraverso la membrana filtrante, riducendo così il consumo energetico per una data quantità di acqua trattata.
Il problema della scarsità d'acqua per le fabbriche di Taiwan si è acuito nell'ultimo anno a causa delle nuove condizioni di siccità. Questo ha portato gli stabilimenti di Taiwan ad adottare le più recenti tecnologie di riciclaggio dell'acqua più rapidamente rispetto agli stabilimenti di altre località geografiche, con l'obiettivo di evitare qualsiasi interruzione della produzione.
"Ci sono tre fattori che spingono ad adottare tecnologie più efficaci per il riciclo dell'acqua", ha affermato Govindan. "Il primo è l'interruzione della continuità dell'attività; questa è la situazione in cui si sono trovati gli stabilimenti di Taiwan quando hanno iniziato ad affrontare condizioni climatiche localizzate insolitamente secche. La seconda è la preoccupazione per la sostenibilità, che è un fattore trainante per le fabbriche di Singapore e di altre località. Il terzo è la riduzione dei costi, che è la preoccupazione principale in questo momento per gli stabilimenti statunitensi".
Sebbene l'interruzione della continuità aziendale sia chiaramente il fattore più urgente, secondo Govindan anche la sostenibilità e la riduzione dei costi sono alla base dei problemi di continuità aziendale.
La maggior parte, se non tutti, i consigli di amministrazione delle aziende ricevono relazioni sui fattori di sostenibilità", ha affermato Govindan. "Alcuni produttori di microchip hanno persino sottoscritto l'impegno delle Nazioni Unite a ridurre a zero il consumo di acqua.
Le preoccupazioni dell'industria dei semiconduttori in materia di sostenibilità vanno di pari passo con l'evoluzione del settore negli ultimi 20 anni. Con la riduzione delle dimensioni dei componenti, è cambiato il livello di contaminanti che i chip possono tollerare e il livello di sostanze chimiche tossiche utilizzate. Ciò che era applicabile 20 anni fa a Mountain View, in California, quando Fairchild vi produceva chip, è completamente diverso da ciò che fa oggi lo stabilimento Micron in Idaho.
Sebbene la sostenibilità stia diventando un fattore esterno chiave per gli sforzi di riciclaggio dell'acqua, il fattore principale è quasi sempre il risparmio dei costi. In Arizona, ad esempio, i costi di reperimento, approvvigionamento e utilizzo dell'acqua dolce sono abbastanza elevati che un'azienda come Gradiant può far risparmiare molto denaro semplicemente riciclando l'acqua che riesce ad acquistare. "Il nostro costo di trattamento è in genere inferiore al costo di approvvigionamento e smaltimento", aggiunge Govindan.
Sebbene le fabbriche statunitensi non stiano affrontando una minaccia alla continuità delle loro attività a causa della scarsità d'acqua - nonostante la loro ubicazione in regioni aride come l'Arizona - il cambiamento climatico in generale rappresenta un rischio incombente per la disponibilità di acqua. Si dice che il cambiamento climatico e la limitata disponibilità di acqua dolce stiano già colpendo il 40% della popolazione mondiale.
"A causa dei cambiamenti climatici", osserva Govindan, "i livelli di disponibilità di acqua dolce sono diminuiti in alcune regioni e questi numeri potrebbero facilmente accelerare rispetto ai modelli predittivi. La scarsità d'acqua potrebbe essere ancora più urgente di quanto previsto oggi".
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