In these days of seemingly never-ending chip shortages, more and greater varieties of semiconductors are in demand. Chip fabs around the world are now racing to catch up to the world’s many microelectronic needs. And chip fabs need a lot of water to operate.
By some estimates, a large chip fab can use up to 10 million gallons of water a day, which is equivalent to the water consumption of roughly 300,000 households.
While semiconductor companies have long understood that water access is a key element to their business, over the past decade that awareness has become more acute. Back in 2015, a drought in Taiwan (where 11 of the 14 largest fabs in the world are located), led Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. to open up its plants to inspection to demonstrate their water conservation efforts. Also in 2015, Intel made it known that it had reduced its water consumption by over 40 percent from its 2010 levels in response to the arid conditions at the sites where its plants are located.
Since that time, water recycling at semiconductor plants has continued to increase, according to Prakash Govindan, chief operating officer at Gradiant, a company that offers end-to-end water recycling technologies to a range of industries, including semiconductors.
"El tratamiento convencional de las aguas residuales en las plantas de semiconductores había reciclado entre el 40 y el 70 por ciento del agua utilizada en sus procesos", explica Govindan. "Algunos fabricantes siguen reciclando sólo el 40 por ciento del agua que utilizan".
Sin embargo, en los dos últimos años Gradiant ha estado trabajando con plantas de semiconductores, mejorando su reutilización del agua para que sean capaces de reciclar el 98% del agua que utilizan. Así, en lugar de traer del exterior 10 millones de galones de agua dulce al día, estas nuevas tecnologías de reciclado hacen que sólo necesiten extraer 200.000 galones de agua del exterior de la planta para funcionar.
La tecnología que Gradiant ha desarrollado se basa en la ósmosis inversa a contracorriente (CFRO), que es una adaptación de una técnica de ósmosis inversa bien establecida. Las corrientes a contracorriente permiten que la tecnología impulse la recuperación de agua a niveles mucho más altos de lo que podrían hacerlo las técnicas de ósmosis inversa preexistentes.
Mientras que las técnicas de ósmosis inversa dependen de una alta presión que normalmente exige mucha energía, Gradiant ha desarrollado una técnica de equilibrio termodinámico que minimiza la fuerza motriz a través de la membrana filtrante, reduciendo así el consumo de energía para una cantidad determinada de agua tratada.
The water scarcity problem for Taiwan fabs has become even more acute in the past year due to new drought conditions. This has led the Taiwan fabs to adopt the latest water recycling technologies more rapidly than fabs in other geographic locations, with an eye toward fending off any interruptions to their production.
"Hay tres motivos para adoptar tecnologías de reciclado de agua más eficaces", afirma Govindan. "El primero es la interrupción de la continuidad de la actividad, como les ocurrió a las fábricas de Taiwán cuando empezaron a enfrentarse a condiciones climáticas inusualmente secas. La segunda es la preocupación por la sostenibilidad, que impulsa a las fábricas de Singapur y otros lugares. Y el tercero es simplemente el ahorro de costes, que es la principal preocupación en este momento para las fábricas estadounidenses".
Aunque la interrupción de la continuidad de la actividad empresarial es claramente el factor más acuciante, la sostenibilidad y el ahorro de costes también acaban afectando a la continuidad de la actividad, según Govindan.
"La mayoría de los consejos de administración de las empresas, si no todos, reciben informes sobre factores de sostenibilidad", afirma Govindan. "Algunos fabricantes de microchips incluso han firmado el compromiso de consumo neto cero de agua de la ONU. Así que la sostenibilidad es un motor masivo".
La preocupación de la industria de los semiconductores por las cuestiones de sostenibilidad sigue la evolución del sector en los últimos 20 años. Al reducirse el tamaño de las características, ha cambiado el nivel de contaminantes que pueden tolerar los chips y el nivel de sustancias químicas tóxicas que utilizan. Lo que era aplicable hace 20 años en Mountain View (California), cuando Fairchild fabricaba allí chips, es completamente distinto de lo que hace hoy la planta de Micron en Idaho.
Aunque la sostenibilidad se perfila como un motor externo clave para los esfuerzos de reciclaje de agua, el motor principal es casi siempre el ahorro de costes. En Arizona, por ejemplo, el coste de encontrar, obtener y utilizar agua dulce es lo suficientemente elevado como para que una empresa como Gradiant pueda ahorrar mucho dinero simplemente reciclando el agua que consigue adquirir. "Nuestro coste de tratamiento suele ser inferior al coste de abastecimiento y eliminación", añade Govindan.
Aunque las fábricas estadounidenses no se enfrentan a una amenaza para la continuidad de su negocio debido a la escasez de agua -a pesar de su ubicación en regiones áridas como Arizona-, el cambio climático en general es un riesgo inminente para la disponibilidad de agua. Según los informes, el cambio climático y la disponibilidad limitada de agua dulce afectan ya al 40% de la población mundial.
"Debido al cambio climático", señala Govindan, "los niveles de disponibilidad de agua dulce han descendido en algunas regiones, y esas cifras podrían acelerarse fácilmente con respecto a los modelos de predicción. La escasez de agua puede ser aún más urgente de lo que se predice hoy".
