الاستراتيجيات المستدامة لصناعة أشباه الموصلات: الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة وتبني الذكاء الاصطناعي للأشياء من أجل كفاءة الطاقة
اتفاق باريس لعام 2016، وهو معاهدة دولية تاريخية تهدف إلى معالجة تغير المناخ. ولمواجهة التحدي العالمي المتمثل في ارتفاع درجات الحرارة، حددت الاتفاقية هدفًا يتمثل في الحد من مستويات الاحتباس الحراري إلى أقل من درجتين مئويتين فوق مستويات ما قبل الصناعة والسعي للوصول إلى حد 1.5 درجة. وتأكيدًا على أهمية الحد من انبعاثات غازات الدفيئة (انبعاثات غازات الدفيئة) وتعزيز التحولات في مجال الطاقة النظيفة، يضع اتفاق باريس معايير لمختلف الصناعات، ويصر على الاهتمام بممارسات أكثر استدامة.
حظيت صناعة أشباه الموصلات بتسليط الضوء على مسائل الاستدامة فيما يتعلق بالتقدم التكنولوجي في مؤتمر الأمم المتحدة السنوي لتغير المناخ (COP). وقد شهدت نمواً في المبيعات بأكثر من 20% بسبب ازدهار التكنولوجيا الرقمية في الحياة والشركات. يعد إنتاج أشباه الموصلات أمرًا مرهقًا بيئيًا كما يتضح من إحصائيات البيانات العالمية. أنتجت شركات أشباه الموصلات الكبيرة انبعاثات كبيرة من الغازات الدفيئة (GHG) – أبلغت إنتل عن إجمالي 35.4 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات الغازات الدفيئة في عام 2021. وهذا يستلزم أن تعمل صناعة أشباه الموصلات على تحقيق التنمية المستدامة. ومن ثم، حضر اتحاد مناخ أشباه الموصلات (SCC)، الذي يضم 60 عضوًا مؤسسًا، مؤتمر الأمم المتحدة المعني بتغير المناخ (COP27) في نوفمبر 2022، والذي تناول قضايا الاستدامة.
ومن الجدير بالذكر النهج المتبع في التنمية المستدامة في سياق أي صناعة. لم يكن من الممكن أن يكرر ميثاق لجنة الاستدامة بجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس، الأمر بشكل أفضل: “تكامل الصحة البيئية، والعدالة الاجتماعية، والحيوية الاقتصادية لإنشاء مجتمعات مزدهرة وصحية ومتنوعة ومرنة لهذا الجيل والأجيال القادمة. إن ممارسة الاستدامة تدرك مدى ترابط هذه القضايا وتتطلب اتباع نهج النظم والاعتراف بالتعقيد.
إن الخطوة الأكثر أهمية بالنسبة لصناعة أشباه الموصلات عندما يتعلق الأمر بالتكرار الأكثر شمولاً للتنمية المستدامة هي تقليل انبعاثات غازات الدفيئة من خلال مرافق تصنيع أشباه الموصلات أو المصانع. وقد وضعت العديد من شركات أشباه الموصلات بالفعل أهدافاً طموحة للحد من انبعاثاتها على لوحات رؤيتها. وقد أكدت شركات أبل وجوجل ومايكروسوفت – وهم أكبر العملاء النهائيين لصناعة أشباه الموصلات – على صافي انبعاثات صفر لسلسلة القيمة الكاملة الخاصة بهم في إطار زمني محدود. وتسعى إنتل أيضًا إلى تحقيق إنتاج صافي صفر بحلول عام 2040 إلى جانب تحقيق استخدام الكهرباء المتجددة بنسبة 100 بالمائة كخطوة مؤقتة في عام 2030. وفي الواقع، تتوقع شركة Infineon Technologies إخراج انبعاثات الغازات الدفيئة من قيم 2019 بنسبة 70٪ بحلول عام 2025. و NXP و UMC اتبعوا أيضًا هذا المسار ومن المتوقع أن ينضم المزيد منهم في الأشهر أو السنوات القادمة.
انبعاثات الغازات الدفيئة واستراتيجياتنا
وفقًا لتقرير ماكينزي، فإن الأغلبية – 80% من انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن تصنيع أشباه الموصلات – إما تأتي مباشرة من المصانع أثناء الإنتاج (النطاق 1) أو كمنتج ثانوي لتوليد الكهرباء والبخار ومعدات التدفئة والتبريد (النطاق 2). ). لاحظ أن انبعاثات النطاق 1 هي نتيجة لاستخدام غازات المعالجة التي لها قدرة عالية على إحداث الاحتباس الحراري (GWP) مثل مركبات الكربون المشبعة بالفلور (PFCs)، ومركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs)، وNF3، و ن2يا (انظر الشكل 2).
ستستفيد الصناعة بشكل كبير إذا ركزت شركات تصنيع أشباه الموصلات على ثلاث مجالات:
- تقليل استهلاك الطاقة
- تحسين إمدادات الطاقة
- تقليل انبعاثات الغازات الناتجة عن العمليات
غالبًا ما يرتبط تقليل استهلاك الطاقة بخفض التكاليف، ومن ثم يحظى بالتركيز الواجب الذي يحتاجه – فالترقية إلى معدات أكثر كفاءة وتنفيذ أنظمة التحكم الذكية لها فوائد مزدوجة تساهم في الفعالية الشاملة للمعدات (OEE). وهناك أيضًا تحول إلى المباني والتركيبات الموفرة للطاقة، وما إلى ذلك.
يعد الإمداد المستمر والمستقر بالطاقة أمرًا بالغ الأهمية لمواكبة متطلبات الإنتاج والعرض. وتضمن مصانع أشباه الموصلات ذلك من خلال الحصول على الكهرباء من مجموعة من المصادر الموجودة على الشبكة وخارجها. غالبًا ما تكون المصادر خارج الشبكة غير متجددة، وبالتالي، فإن تقليل استهلاك الطاقة منها أو استخدام مولدات الطاقة المتجددة خارج الشبكة يمكن أن يكون خطوة كبيرة نحو الاستدامة.
لتقليل انبعاثات الغازات المعالجة في مصانع أشباه الموصلات، هناك استراتيجيتان رئيسيتان: تحسين العمليات واستخدام كيمياء بديلة. تتضمن تحسينات العملية تحسين المعلمات مثل درجة الحرارة وضغط الغرفة، والتي يمكن أن يتجاهلها المهندسون الذين يركزون فقط على تحسين الإنتاجية. إن التعاون الوثيق مع موردي الأدوات ومعالجة الفجوات المعرفية يمكن أن يساعد المصانع في تحسين الإنتاج واستهلاك الطاقة في نفس الوقت، مما يقلل الانبعاثات. هناك نهج آخر يتمثل في استخدام كيمياء بديلة ذات تأثيرات بيئية أقل، على الرغم من أن هذا قد يواجه عقبات مثل مقاومة الموردين وعمليات التأهيل. ومن خلال التأكيد على خفض غازات الدفيئة كأولوية والعمل مع الموردين لاستكشاف حلول الكيمياء الخضراء، يمكن للمصانع أن تمهد الطريق لتحقيق مكاسب طويلة الأجل في تقليل انبعاثات الغازات المعالجة.
التركيز على النفايات الإلكترونية
تعد لوحات الدوائر المطبوعة أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور جزءًا لا يتجزأ من أجهزة أشباه الموصلات الشائعة. ومع ذلك، نظرًا لكونها معقدة في التصميم – 30% معدنية و70% غير معدنية – فإنها تشكل تحديات في إعادة التدوير.
يمكن أن تعمل البدائل على تحقيق اقتصاد دائري وإيجاد حلول حيث يمكن إعادة استخدام مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. إن تحسين تقنيات إعادة التدوير والتوصل إلى حلول لإعادة استخدام مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المهملة بشكل أكثر فعالية هي بعض الأساليب التي لا يمكن تجاهلها.
ومن الضروري أيضًا النظر في التعقيد الهائل الذي تشكله أجهزة أشباه الموصلات والنفايات الإلكترونية بشكل عام على إدارة النفايات. تتميز الأجهزة بعامل شكل صغير، مشبع بمواد خطرة تهدد الاستدامة بشكل خطير. يجب أن تسير إدارة النفايات الإلكترونية جنبًا إلى جنب مع جهود التنمية المستدامة في عملية التصنيع.
توفير ذكي للطاقة عبر AIoT
بالإشارة إلى الشكل 1، يقع حوالي 20% من انبعاثات غازات الدفيئة الصادرة عن صناعات أشباه الموصلات ضمن فئة النطاق 3 التي تغطي الانبعاثات النهائية المتعلقة باستخدام المنتجات التي تحتوي على أشباه الموصلات. ومع ذلك، هناك العديد من المتغيرات عندما يتعلق الأمر بهذه الفئة من الانبعاثات حيث أن المنتجات النهائية متنوعة وتلبي احتياجات مجموعة سكانية ضخمة. كتب مارك ليبيت، الرئيس التنفيذي لشركة XMOS لرقائق AIoT، لمجلة Forbes حول إمكانية تقليل انبعاثات النطاق 3 بالإضافة إلى توفير الطاقة من خلال كونك ذكيًا. الذكاء الاصطناعي للأشياء (AIoT) الذي يعني الذكاء على مستوى الجهاز يمكن أن يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة. وفقًا لمارك ليبيت، “إن إضافة ميزة تافهة مثل اكتشاف الوجود البشري، على سبيل المثال، يمكن أن يضمن إمكانية إيقاف تشغيل الأجهزة الذكية ببساطة في حالة عدم وجود أحد في الغرفة.”
إن دمج وظائف الذكاء الاصطناعي للأشياء (AIoT) في الأجهزة الإلكترونية المنزلية الحالية يحمل وعدًا هائلاً، مما يمكّن الأجهزة من إدارة استهلاك الطاقة بشكل مستقل، وأتمتة المهام، واتخاذ قرارات أكثر استنارة. إن تبني الذكاء على مستوى الأجهزة والذكاء الاصطناعي للأشياء، لا يمكن أن يقلل من تأثيرنا البيئي فحسب، بل يمهد الطريق أيضًا لمستقبل أكثر تطورًا واستدامة.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
