Wymagana objętość może być ogromna. W Stanach Zjednoczonych fabryki chipów zużywają znacznie mniej wody niż rolnictwo i przemysł energetyczny, a półprzewodniki nie wywołały napięć politycznych w sprawie zasobów wodnych na skalę krajową, mówi Chris Miller, profesor historii na Uniwersytecie Tufts w Massachusetts i autor niedawnego książka Chipowa wojna. Mimo to skurcze były problemem w ojczyźnie TSMC na Tajwanie, gdzie susze postawiły lokalnych rolników, którzy widzieli, jak ich systemy irygacyjne zostały wyłączone, przeciwko producentowi chipów.
Nie byle jaka woda się nada. Tak jak powietrze wewnątrz fabryki układów scalonych musi być tak wolne od kurzu, że ludzie muszą nosić kombinezony ochronne, tak przemysł półprzewodnikowy wykorzystuje specjalną kategorię „ultraczystej” wody do czyszczenia płytek krzemowych w całym procesie produkcyjnym. Podczas gdy standardowa woda pitna może mieć czystość od 100 do 800 mikrosimensów na centymetr – miara przewodności elektrycznej używana jako jeden ze wskaźników zanieczyszczenia – woda ultraczysta ma mniej niż 0,055 mikrosimensa na centymetr, według Gradiant, start-upu zajmującego się recyklingiem wody z siedzibą w Bostonie współpracuje z producentami chipów. Woda ultraczysta musi mieć wyjątkowo niską przewodność, która odpowiada tylko niewielkiej liczbie kłopotliwych jonów lub naładowanych atomów.
“Jeśli chcesz uzyskać najwyższą możliwą wydajność materiału, bardzo często musisz przejść do ekstremalnej czystości” – mówi profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej Cornell, Grace Xing, która kieruje również nowym międzyuniwersyteckim centrum badań nad półprzewodnikami o nazwie SUPREME. „To jeden z powodów, dla których przemysł półprzewodników wymaga dużej ilości wody”.
Wytwarzanie ultraczystej wody to wieloetapowy proces, który usuwa różnorodne zanieczyszczenia, w tym drobnoustroje i inne mikroskopijne stworzenia, które można znaleźć w oceanach i jeziorach, a także mniejsze cząsteczki, w tym nawet jony soli. Jedną z stosowanych technik jest odwrócona osmoza, stosowana również w zakładach odsalania, która polega na przepychaniu wody przez membranę z porami wystarczająco małymi, aby odfiltrować sole. (Fabryki chipów używają również mniej czystej wody, podobnej do tej, która wypływa z domowych kranów, do chłodzenia urządzeń produkcyjnych.)
Biorąc pod uwagę kluczową rolę wody w produkcji chipów, odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie ścieków stało się priorytetem dla branży. Im więcej można ponownie wykorzystać w fabryce, tym mniejsza jest potrzeba korzystania z lokalnej sieci wodociągowej. Obecnie odsetek ścieków, które można poddać recyklingowi, różni się w zależności od firmy i fabryki, w zależności od stosowanych procesów produkcyjnych i inwestycji w uzdatnianie wody. Mimo to wszystkie napotykają ten sam podstawowy problem: podczas czyszczenia płytek ultraczysta woda ulega zanieczyszczeniu i wymaga gruntownego oczyszczenia, zanim będzie mogła zostać ponownie wykorzystana przez fabrykę lub odprowadzona do publicznego systemu oczyszczania ścieków.
Oczyszczanie zanieczyszczonej wody jest skomplikowanym procesem, ponieważ w fabrycznych ściekach można znaleźć niezliczone zanieczyszczenia. Litografia i trawienie mogą wytwarzać kwaśne ścieki, a nawet zanieczyszczać je silnym kwasem fluorowodorowym. Zawieszone cząsteczki krzemu mogą pojawić się, gdy płytki są rozcieńczane, podczas gdy stosowanie rozpuszczalników, w tym alkoholu izopropylowego, może pozostawiać pozostałości węgla organicznego.
Branża opracowała sposoby oddzielania różnych składników tych ścieków, podobnie jak ogólna populacja sortuje recykling, mówi Prakash Govindan, współzałożyciel i dyrektor operacyjny firmy Gradiant. „Przemysł półprzewodnikowy jest w rzeczywistości bardzo zaawansowany, jeśli chodzi o radzenie sobie ze ściekami” — mówi. „Zaawansowane firmy, amerykańskie koncerny międzynarodowe, z którymi współpracujemy – ale także firmy koreańskie i tajwańskie, z którymi współpracujemy – wszystkie segregują ścieki na ponad 10 rodzajów, minimum, a niektóre na 15 lub 16”.
