Kunstmatige intelligentie (AI) zorgt voor een ongeziene groei in zowel de productie van halfgeleiders als in datacenters voor high-performance computing. Minder zichtbaar dan de stijgende vraag naar elektriciteit is een andere uitdaging die het volledige AI-ecosysteem omvat: water. Exyte-experts Hartmut Schneider en Manfred Engelhard leggen uit waarom water een strategische hulpbron wordt in de volledige AI-waardeketen en hoe technische oplossingen operatoren kunnen helpen om waterbesparing in evenwicht te brengen met energie-efficiëntie.

 

De vraag naar AI-chips en computercapaciteit versnelt. Halfgeleiderfabrieken hebben grote volumes ultrapuur water (UPW) nodig voor productieprocessen. AI-datacenters zijn afhankelijk van koelsystemen om de warmte af te voeren die wordt gegenereerd door snel groeiende computerbelastingen. Tegelijkertijd geven klimaatmodellen aan dat regio’s met waterstress vaker voorkomen, waardoor duurzaam waterbeheer een steeds belangrijkere overweging wordt voor nieuwe faciliteiten. 
 

AI drijft de watervraag aan van productie tot exploitatie 


De groeiende vraag naar AI begint lang voordat een chip een datacenter bereikt. De productie van geïntegreerde schakelingen (IC’s) vereist van nature UPW voor halfgeleiderfabricageprocessen zoals nat reinigen, nat etsen en chemisch-mechanische planarizatie (CMP). De watervraag neemt verder toe naarmate technologieknooppunten kleiner worden en de productiecomplexiteit stijgt. Geavanceerde verpakkingstechnologieën voegen extra processtappen toe en verhogen het waterverbruik nog verder. Sectorprognoses suggereren dat de wereldwijde productiecapaciteit voor halfgeleiders sterk zal blijven groeien tot het einde van het decennium, waarbij een groot deel van die groei verband houdt met AI-toepassingen.  

Voor Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor, moet waterbeheer vroeg in het ontwerp van faciliteiten worden meegenomen om waterbesparing in evenwicht te brengen met de energievraag.

“Het merendeel van de capaciteitsgroei zal AI-gedreven zijn, wat de watervraag per wafer verhoogt”, zegt Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor bij Exyte. Het bedrijf ziet deze trend in halfgeleiderprojecten wereldwijd en werkt samen met klanten om doeltreffende strategieën te evalueren voor het verminderen van het zoetwaterverbruik tijdens het ontwerp, de bouw en de exploitatie van faciliteiten. 

 

Waterterugwinning maakt van een uitdaging een kans 

De sector begint niet van nul. Er bestaan al meerdere technologieën om het zoetwaterverbruik binnen halfgeleiderfaciliteiten te verminderen. Volgens de analyse van Exyte kunnen toonaangevende fabs terugwinningspercentages van meer dan 85 procent behalen via geavanceerde concepten voor afvalwaterterugwinning. Naarmate de AI-gedreven vraag blijft groeien, zal het verbeteren van de waterprestaties investeringen vereisen in bestaande waferfabs, evenals de implementatie van de hoogst haalbare terugwinningspercentages in nieuwe faciliteiten.  

“Om dergelijke waterterugwinningspercentages te bereiken via geavanceerde behandelings- en recyclageconcepten, is de uitdaging te bepalen welke combinatie van technologieën de juiste balans biedt tussen waterbesparing en de energie die nodig is om die te realiseren,” zegt Schneider. 

Waterterugwinningsstrategieën kunnen bestaan uit de scheiding van afvalwater, end-of-pipe (EOP)-waterterugwinning, zero liquid discharge (ZLD)-systemen, pekelbehandeling om water terug te winnen uit geconcentreerde afvalstromen, en behandelingstechnologieën voor opkomende verontreinigende stoffen. De optimale oplossing hangt af van locatiespecifieke omstandigheden en projectvereisten. 

Hier ondersteunt Exyte klanten gedurende de volledige projectlevenscyclus. Als wereldwijd EPC-bedrijf dat geavanceerde halfgeleiderfaciliteiten realiseert, helpt Exyte klanten bij het beoordelen van waterterugwinningsstrategieën voor zowel nieuwe als bestaande fabs om vóór de implementatie de meest geschikte aanpak te bepalen. 

“Waterbeheer moet vroeg in het ontwerp van de faciliteit in overweging worden genomen.  Vroege planning helpt operatoren inzicht te krijgen in de impact die verschillende terugwinningsconcepten hebben op waterverbruik en energievraag voordat de bouw begint,” voegt Schneider eraan toe. 
 

AI-datacenters staan voor hun eigen wateruitdaging 

Het gesprek over AI-infrastructuur richt zich vaak op elektriciteitsverbruik. Water wordt echter even belangrijk naarmate de computerdichtheden blijven stijgen. Verwacht wordt dat AI-workloads verantwoordelijk zullen zijn voor het grootste deel van de toekomstige groei in de vraag naar datacenters, waardoor de koelvereisten voor faciliteiten van de volgende generatie aanzienlijk toenemen. 

Manfred Engelhard beschouwt de afweging tussen water en energie als een cruciale overweging bij het ontwerp van AI-datacenters van de volgende generatie.

“Zonder verbeterde technologieën voor warmteafvoer zou het verbruik van koelwater in datacenters wereldwijd tegen 2030 meer dan 550 miljard liter kunnen bedragen”, zegt Manfred Engelhard, Senior Director Technology Management Data Centers bij Exyte.

Stijgende vermogensdichtheden in AI-servers genereren meer warmte, waardoor geavanceerde koeltechnologieën essentieel worden. Afhankelijk van de locatie en de operationele vereisten kunnen exploitanten kiezen tussen natte koeltorens, hybride droge koelers (HDC's) of luchtgekoelde chillers (ACC's). Elke optie biedt een andere balans tussen waterverbruik en energieverbruik. Natte koeling biedt een hoge energie-efficiëntie, maar verbruikt aanzienlijke hoeveelheden water, terwijl luchtgekoelde systemen de vraag naar koelwater volledig kunnen elimineren, zij het met een hoger stroomverbruik. Hybride droge koeling vormt een middenweg, waarbij de watervraag aanzienlijk wordt verminderd en tegelijk gunstige energieprestaties behouden blijven.  

“Er bestaat geen pasklare oplossing. Het meest doeltreffende koelconcept hangt af van de lokale omstandigheden, waaronder klimaat, waterbeschikbaarheid en energie-infrastructuur”, zegt Engelhard. “In regio’s met waterschaarste kan het verminderen van waterverbruik het primaire ontwerpdoel worden, terwijl andere locaties mogelijk voorrang geven aan energie-efficiëntie. Watervrije koeling van datacenters is niet alleen mogelijk, maar op sommige locaties al gebruikelijk. Lokale regelgeving, bijvoorbeeld in Frankfurt, Duitsland, schrijft droge koeltechnologieën voor.” 
 

De afweging tussen water en energie 

Het voorbeeld van Frankfurt benadrukt een uitdaging die in discussies over duurzame infrastructuur vaak over het hoofd wordt gezien. Water besparen vraagt vaak extra energie, terwijl maximale energie-efficiëntie een hoger waterverbruik kan vereisen. Deze afweging weerspiegelt ook het groeiende belang van oplossingen voor sectorkoppeling, waarbij infrastructuursystemen als onderling verbonden worden beschouwd in plaats van afzonderlijk te worden geoptimaliseerd.  

“Er bestaat geen universele koeloplossing. Het verminderen van waterverbruik verhoogt vaak de energievraag, wat betekent dat operators beide hulpbronnen en hun kost samen moeten evalueren – zowel op financieel als op maatschappelijk vlak – in plaats van er één afzonderlijk te optimaliseren”, voegt Engelhard toe. 

Hetzelfde principe geldt voor halfgeleiderfaciliteiten. Hogere waterrecuperatiegraden vereisen vaak geavanceerdere behandelingssystemen die extra stroom verbruiken. De vraag is daarom niet langer hoe water- of energieverbruik afzonderlijk kan worden geminimaliseerd, maar hoe beide kunnen worden geoptimaliseerd voor de specifieke omstandigheden van een faciliteit. 
 

Engineering voor een veerkrachtigere toekomst 

Volgens Schneider en Engelhard zullen toekomstige projecten voor digitale infrastructuur water en energie steeds vaker samen moeten bekijken in plaats van als afzonderlijke uitdagingen. Verwacht wordt dat AI de vraag naar zowel halfgeleiderfabrieken als datacenters blijft aanjagen, waardoor de druk op natuurlijke hulpbronnen en nutsinfrastructuur toeneemt.  

Bewezen oplossingen bestaan al. Waterrecuperatiestrategieën kunnen de vraag naar zoetwater in halfgeleiderfaciliteiten aanzienlijk verminderen, terwijl geavanceerde koelconcepten het waterverbruik in datacenters kunnen verlagen. De sleutel ligt in het kiezen van de juiste aanpak voor elke locatie en het vroeg integreren van die beslissingen in de projectontwikkeling. 

Voor Exyte maakt dit van waterweerbaarheid niet alleen een milieukwestie, maar ook een technische uitdaging. Terwijl klanten de productiecapaciteit voor halfgeleiders en AI-infrastructuur wereldwijd uitbreiden, zal het vermogen om waterbesparing in evenwicht te brengen met energie-efficiëntie een steeds belangrijkere factor worden voor projectsucces. Exyte ondersteunt klanten met engineeringstudies en technologiebeoordelingen om het meest geschikte evenwicht te bepalen tussen waterverbruik en energievraag. 
 

Over de experts 

Hartmut Schneider is Senior Director Technology Management Semiconductor bij Exyte en is gespecialiseerd in halfgeleiderprocestechnologieën, faciliteitsontwerp en productie-infrastructuur. 

Manfred Engelhard is Senior Director Technology Management Data Centers bij Exyte en richt zich op geavanceerde koelconcepten, energie-efficiëntie en de ontwikkeling van datacenterinfrastructuur. 
 

Contacteer ons 

Wilt u meer weten over waterrecuperatiestrategieën voor halfgeleiderfabrieken of koelconcepten voor AI-datacenters? De experts van Exyte kunnen helpen om projectspecifieke vereisten te beoordelen en de meest geschikte aanpak te bepalen om waterbesparing in evenwicht te brengen met energie-efficiëntie.  
Gebruik ons contactformulier om in contact te komen met een expert van Exyte en uw projectvereisten te bespreken. 
 
Neem contact op met onze experts in halfgeleiders en datacenters.