أهداف الاستدامة لدفع نمو أشباه الموصلات في مجموعة البنك الدولي
تنشر أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسع (WBG) أجنحتها في السوق العالمية بسبب تفوقها الذي لا يمكن إنكاره على البدائل الأخرى. تجد أجهزة نيتريد الغاليوم وكربيد السيليكون تطبيقات في الإلكترونيات الاستهلاكية وفي السيارات الصناعية وخاصة في مجال الطاقة المتجددة وإلكترونيات الطاقة. يتغذى الطلب على أشباه الموصلات هذه من خلال الاستدامة والتقدم الصناعي والاتصال المتقدم.
ومع توقع نمو السوق بأكثر من 35.4% في السنوات الخمس المقبلة، وفقًا لدراسة شاملة أجرتها شركة Frost & Sullivan، ستكون الصناعة تحت مراقبة المستثمرين والجمهور على حدٍ سواء.
لتناول فرص النمو في صناعة أشباه الموصلات في مجموعة البنك الدولي، ناقشت ندوة عبر الإنترنت استضافتها شركة Frost & Sullivan مؤخرًا العديد من الأسئلة الملحة التي تتماشى مع الاستدامة والكفاءة والتحديات في صناعة أشباه الموصلات العالمية.
مجموعة البنك الدولي لأشباه الموصلات والاستدامة
إن الطلب على الطاقة – الكهرباء – يتزايد بشكل غير مفاجئ. يشهد مشهد استهلاك الطاقة تحولاً ديناميكيًا. لبعض الوقت، بدا أن متطلبات الطاقة في الاقتصادات المتقدمة ثابتة، مما خلق ما يشبه الاستقرار في قطاع الطاقة. ومع ذلك، فإن هذه الواجهة تتآكل تدريجياً مع حدوث نقلة نوعية في شكل كهربة. يتم إطلاق عجلات التغيير من خلال كهربة وسائل النقل من خلال الاعتماد السريع على السيارات الكهربائية وإعادة تشكيل الصناعات من خلال العمليات المكهربة.
ومن الناحية الإيجابية، من المتوقع أن تزداد حصة الطاقة الشمسية في مزيج الطاقة بنسبة 10 نقاط مئوية خلال الفترة المتوقعة، ويبدو أن طاقة الرياح تحقق خطوات واسعة في مجال الطاقة المتجددة. ومع ذلك، فمن الضروري للغاية إزالة الكربون من مزيج الطاقة. إن استخدام أجهزة SiC و GaN يعني كفاءة أعلى في استخدام الطاقة، ومع تطبيقاتها واسعة النطاق المحتملة، فإن ثاني أكسيد الكربون2 ويمكن خفض الانبعاثات بشكل كبير، وتعزيز الاستدامة.
“في كل مرة نستخدم فيها IC مدعومًا بـ GaN، يكون لدينا في الواقع صافي 4 كجم من ثاني أكسيد الكربون2 وقال ستيفن أوليفر، نائب الرئيس للتسويق المؤسسي وعلاقات المستثمرين في شركة Navitas Semiconductor: “إنها مفيدة مقارنة بشرائح السيليكون القديمة”. “يمكن لمواد مثل GaN وSiC أن تسرع بالفعل من فائدة الكهرباء على الاستدامة.” وبالتالي، أكثر من 6 جيجا طن سنويًا من ثاني أكسيد الكربون2 يمكن حفظها بالانتقال من السيليكون إلى GaN وSiC.
وأضاف أوليفر، الذي يشاركه حماسه للأفكار الرائدة الأخيرة المتمثلة في اعتماد ثنائية الاتجاه في بطاريات السيارات الكهربائية: “تخيل سيناريو يتم فيه شحن بطارية السيارة الكهربائية خلال النهار باستخدام الطاقة الشمسية، ثم في المساء، عندما يكون الطلب على الكهرباء أعلى، يتم شحن بطارية السيارة الكهربائية خلال النهار باستخدام الطاقة الشمسية”. يمكن لنفس السيارة الكهربائية تفريغ طاقتها المخزنة لتشغيل المنزل. تساعد عملية الشحن والتفريغ ثنائية الاتجاه هذه في تسطيح ما يسمى بمخطط “البطة الشمسية”. تمثل البطة الشمسية الفرق بين الطاقة الشمسية المتاحة خلال النهار والطلب الفعلي على الطاقة، والذي يصل عادةً إلى ذروته في المساء. ومن خلال استخدام المركبات الكهربائية بهذه الطريقة، يمكننا تحقيق التوازن بين العرض والطلب على الطاقة، مما يقلل الضغط على الشبكة.
يمكن أن ينتهي الأمر بـ GaN وSiC إلى لعب دور محوري في تمكين تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه عالي الكفاءة. إن الاستفادة من بطارية السيارة الكهربائية ثنائية الاتجاه لا يمكن أن يخفف الضغط على الشبكة فحسب، بل يتيح أيضًا إنشاء جيوب صغيرة متجددة ومكتفية ذاتيًا من مولدات الطاقة.
وفي الوقت نفسه، أشار أليكسي تشيركاسوف، مدير التسويق والمبيعات في شركة Leapers Semiconductor، إلى شريحة السوق الضخمة للطاقة الشمسية. يتم استخدام أجهزة أشباه موصلات الطاقة القائمة على SiC، مثل MOSFETs وSchottky diodes، في محولات الطاقة الشمسية ومحولات DC/DC ومحولات الطاقة الشمسية الدقيقة، مما يؤدي إلى تحسين تحويل الطاقة وزيادة إنتاجية الطاقة من الألواح الشمسية. يمكن لهذه الأجهزة تقليل فقد الطاقة بنسبة 50%، مما يمكن أن يقلل بشكل مباشر من تكلفة توليد الطاقة.
في حين أن الكثير من شركات الطاقة الشمسية تتحول من السيليكون إلى أجهزة SiC، لإحداث تغيير جذري، هناك حاجة إلى مضاعفة كمية SiC في الأنظمة الكهروضوئية. يمكن أن يؤدي اعتماد أجهزة SiC إلى توفير المزيد من الطاقة الحاسوبية. مع انخفاض فقدان الطاقة وانخفاض خسائر الإنتاج نتيجة لعامل الشكل الصغير، يمكن لأجهزة GaN وSiC أن تمهد طريقًا أكثر مراعاة للبيئة لتقدم الصناعات. بالإضافة إلى ذلك، يوفر عامل الشكل المدمج لأجهزة SiC فرصًا لتبسيط عمليات الإنتاج وتقليل هدر الموارد، مما يعزز جاذبيتها للصناعات الواعية بيئيًا.
دور التشريعات والمعايير
من بين المحددات الرئيسية العديدة لنمو أي صناعة هي الاستراتيجيات الجيوسياسية والتشريعية للموقع الذي توجد فيه الصناعة. يمكن أن يؤثر نفوذ الحكومة داخل حدود معينة بشكل كبير على الطلب والعرض لأي منتج. بالنسبة لصناعة أشباه الموصلات في مجموعة الضفة الغربية على وجه التحديد، كان للتشريعات والمعايير تأثير مختلط.
ولنأخذ مثال ألمانيا، حيث أعلن وزير الطاقة الألماني مؤخراً عن تخفيف العقبات البيروقراطية أمام الطاقة الشمسية. نجحت ألمانيا في تركيب حوالي 2.7 جيجاوات من الطاقة الشمسية، وتهدف الآن إلى تجاوزها إلى 9 جيجاوات بحلول نهاية هذا العام، لتقترب أخيرًا من رقم مزدوج. وتأمل السلطات الألمانية أن تساعد هذه المبادرات البلاد في تحقيق إنجاز مهم في صناعة الطاقة الشمسية والمساهمة في مسار البلاد نحو الحياد الكربوني بحلول عام 2040 أو قبل ذلك. هناك أيضًا تفويض من الاتحاد الأوروبي يقضي بأن جميع مصادر الطاقة التي تدخل إلى مراكز البيانات في أوروبا يجب أن تستوفي معيار الكفاءة العالية المسمى Titanium Plus، بكفاءة تزيد عن 96%. وقد يعني هذا تحقيق خطوات كبيرة لأشباه الموصلات في الضفة الغربية وقطاع غزة، مع اعتمادها المتزايد في تطبيقات الطاقة الشمسية والطاقة كبديل أكثر مراعاة للبيئة للسيليكون التقليدي.
ومع ذلك، وسط هذه التطورات الإيجابية، كانت هناك مخاوف بشأن القيود المحتملة على صادرات الغاليوم من الصين، كما أشار برابهو كاروناكاران، مدير الصناعة ومستشار النمو الاستراتيجي المتخصص في تتبع أشباه الموصلات في شركة Frost & Sullivan. مثل هذه القيود، إذا تم تنفيذها، يمكن أن يكون لها آثار على الصناعة، ولكن الصناعة يمكنها التنقل والتكيف مع هذه التغييرات بشكل فعال.
طمأن أوليفر ضد هذه المخاوف من خلال الإشارة إلى وفرة الغاليوم. الغاليوم هو منتج ثانوي في استخراج الألومنيوم من البوكسيت. وقال أوليفر: “يمكن للدول المصدرة للألمنيوم الكبرى مثل ألمانيا وأستراليا وكوريا الجنوبية وغيرها أن تزود ما يزيد عن 50% من الغاليوم في العالم بسبب توفره والقدرة على تحمل تكاليفه”. “بالنسبة لنا، لا يمثل الغاليوم سوى جزء ضئيل من التكلفة الإجمالية للجهاز – أقل من 0.1% تقريبًا”.
وكان العدوان الروسي في أوكرانيا وأزمة الطاقة التي تلت ذلك بمثابة نداء تنبيه قاس، مما أجبر الدول على إعادة النظر في اعتمادها على الطاقة والتوجه نحو إنتاج الطاقة المستدامة بيئيا والاكتفاء الذاتي. وفي خضم المخاوف المتزايدة بشأن أمن الطاقة واستدامتها، تحول التركيز إلى كفاءة استخدام الطاقة، ليس فقط داخل الشبكات الكهربائية ولكن أيضًا في سياق توليد الطاقة المتجددة. يمكن أن يؤثر SiC و GaN بشكل كبير على الملاحة في الطاقة المستدامة. ومن المفترض أن تمضي أهداف الطاقة المستدامة العالمية ونمو صناعة أشباه الموصلات في مجموعة البنك الدولي قدمًا معًا.
مراجع
1وكالة الطاقة الدولية. (ديسمبر 2022). “مصادر الطاقة المتجددة 2022.”
2وكالة انباء. (5 مايو 2023). “ألمانيا تخفف قواعد الطاقة الشمسية مع زيادة المنشآت الجديدة.”
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
