Wdrażanie zasad zrównoważonego rozwoju w produkcji półprzewodników
Wdrażanie zasad zrównoważonego rozwoju w produkcji półprzewodników
Nowoczesne zakłady produkcji półprzewodników powstają w czasach, gdy efektywność środowiskowa ma równie duże znaczenie, co tempo i skala zwiększania mocy produkcyjnych. Produkcja półprzewodników należy do najbardziej energochłonnych i wymagających dużych zasobów procesów przemysłowych, co sprawia, że zrównoważony rozwój jest czynnikiem decydującym o długoterminowej odporności i konkurencyjności. W niniejszym artykule Padmaja Ekambaram, kierownik ds. zrównoważonego rozwoju w firmie Exyte, opowiada, w jaki sposób podejście oparte na projektowaniu, skupiające się na takich aspektach jak wczesne decyzje inżynieryjne i zasady gospodarki o obiegu zamkniętym, pozwala od samego początku wbudować niskoemisyjność w obiekty produkcji półprzewodników, zapewniając trwałe korzyści środowiskowe i operacyjne.
Projektowanie z myślą o przyszłości niskoemisyjnej
Projektowanie obiektów niskoemisyjnych wykracza poza poprawę wydajności operacyjnej. Wymaga holistycznego podejścia, które uwzględnia wbudowany węgiel, dobór materiałów, planowanie przestrzenne, konfigurację mediów oraz elastyczne projektowanie budynków z myślą o długoterminowych potrzebach. Zasady gospodarki o obiegu zamkniętym odgrywają kluczową rolę w tym podejściu, przenosząc nacisk z linearnych modeli „zbuduj i wyrzuć” na projektowanie obiektów, które minimalizują ilość odpadów, przedłużają żywotność aktywów i umożliwiają ponowne wykorzystanie tam, gdzie to możliwe.
„W produkcji półprzewodników wyniki w zakresie zrównoważonego rozwoju są w dużej mierze ustalane na długo przed uruchomieniem obiektu” – wyjaśnia Padmaja. „Wczesne decyzje projektowe, sposób konfiguracji instalacji technicznych, dobór materiałów oraz sposób zarządzania strumieniami odpadów determinują efektywność środowiskową na dziesięciolecia. To właśnie tam tkwi największa szansa”.
W firmie Exyte takie podejście przekłada się na wdrażane rozwiązania inżynieryjne, które stawiają na pierwszym miejscu wymierny wpływ na środowisko i długoterminową funkcjonalność. Oprócz wydajności energetycznej i chłodniczej jednym z najważniejszych czynników jest redukcja bezpośrednich (Scope 1) emisji gazów procesowych powstających podczas operacji trawienia i czyszczenia komór.
Kluczowym podejściem jest włączenie redukcji gazów cieplarnianych (GHG) do ogólnej koncepcji systemu odprowadzania spalin, na przykład poprzez scentralizowany system redukcji zaprojektowany do oczyszczania na dużą skalę perfluorowęglowodorów (PFC) o wysokim potencjale globalnego ocieplenia, co stanowi solidną alternatywę dla tradycyjnych systemów punktowych oraz umożliwia bardziej efektywne planowanie eksploatacji i konserwacji.
Zostało to wykazane poprzez pomyślne wdrożenie pierwszego w Singapurze scentralizowanego systemu redukcji gazów cieplarnianych w działającym zakładzie produkcji półprzewodników, który zmniejsza emisje PFC o około 95 procent i zdobył złotą nagrodę w konkursie Project of the Year (POY) Awards 2025 organizowanym przez oddział PMI w Singapurze.
Dekarbonizacja systemów zasilających fabryki dzięki zintegrowanemu projektowaniu
Systemy zasilające mają znaczący udział w śladzie środowiskowym zakładu produkcji półprzewodników. Infrastruktura dystrybucji energii i chłodzenia w znacznym stopniu przyczynia się do zapotrzebowania na energię elektryczną, natomiast systemy zarządzania i redukcji emisji gazów procesowych mają kluczowe znaczenie dla zmniejszenia bezpośrednich emisji gazów cieplarnianych pochodzących z produkcji.
Projektowanie ukierunkowane na dekarbonizację wymaga zatem znalezienia równowagi między wydajnością a niezawodnością. Prace inżynieryjne na wczesnym etapie umożliwiają ocenę różnych konfiguracji systemów zasilających, strategii nadmiarowości oraz koncepcji oszczędzania energii jeszcze przed rozpoczęciem budowy.
Padmaja dodaje: „Exyte wykorzystuje technologie wirtualnego uruchomienia i cyfrowego bliźniaka do symulacji, integracji i optymalizacji wydajności systemów zasilających w środowisku cyfrowym przed fizycznym uruchomieniem. Pozwala to zmniejszyć zależność od tradycyjnych, ręcznych technik uruchamiania, co pomaga skrócić harmonogramy prac, jednocześnie zwiększając pewność co do zachowania systemu w różnych scenariuszach eksploatacyjnych”.
Zarządzanie odpadami rozpuszczalnikowymi zgodnie z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym
Chociaż największą uwagę często przyciąga początkowy etap produkcji płytek półprzewodnikowych, to końcowe operacje pakowania i montażu stanowią odrębne wyzwania w zakresie zrównoważonego rozwoju. Stosowanie rozpuszczalników może być niezbędne do czyszczenia i przetwarzania w tych środowiskach, jednak generuje złożone strumienie odpadów, które wymagają starannego zarządzania.
Myślenie oparte na gospodarce o obiegu zamkniętym pozwala postrzegać odpady rozpuszczalników jako wyzwanie związane z zarządzaniem zasobami, a nie jako problem utylizacji. Strategie odzyskiwania, ponownego wykorzystania i substytucji mogą zmniejszyć ilość odpadów i wpływ na środowisko, jeśli zostaną uwzględnione w projekcie obiektu i procesu od samego początku.
Wdrażanie zasad gospodarki o obiegu zamkniętym poza samą działalnością operacyjną
Kwestie zrównoważonego rozwoju w coraz większym stopniu wykraczają poza codzienną działalność operacyjną, obejmując materiały budowlane, modułowość oraz wpływ na cykl życia aktywów. Moduły obiektów Exyte w ramach produkcji poza terenem zakładu (OSM) mogą zmniejszyć ilość odpadów na miejscu oraz umożliwić przyszłą, gotową do realizacji rozbudowę etapową dzięki modułowym koncepcjom typu „plug and play”. Modelowanie informacji o budynku 4D (BIM) wspiera cyfrowo zoptymalizowane planowanie i koordynację budowy; ponadto umożliwia wczesne wykrywanie kolizji między systemami a konstrukcjami pomieszczeń czystych jeszcze przed produkcją i montażem.
„W Singapurze, gdzie długoterminowa efektywność wykorzystania gruntów i dbałość o środowisko są priorytetami narodowymi, projektowanie zakładów produkcji półprzewodników z myślą o adaptacyjności wspiera zarówno zrównoważony rozwój, jak i odporność gospodarczą” – mówi Padmaja. Obiekty, które mogą ewoluować z upływem czasu, zmniejszają wpływ na środowisko, zachowując jednocześnie konkurencyjność w szybko zmieniającej się branży.
Współpraca jako katalizator zrównoważonego wzrostu
Wyzwania związane ze zrównoważonym rozwojem w produkcji półprzewodników nie mogą być rozwiązywane w izolacji. Współpraca w ramach całego ekosystemu, obejmująca właścicieli, inżynierów, dostawców i organy regulacyjne, ma zasadnicze znaczenie dla przyspieszenia postępów. Rozszerzenie tego podejścia opartego na współpracy na projektowanie niskoemisyjne, gospodarkę o obiegu zamkniętym i zarządzanie będzie miało kluczowe znaczenie w miarę dalszego rozwoju branży.
Zakład Siltronic FabNext, zrealizowany przez firmę Exyte w Singapurze, stanowi doskonały przykład: projekt uzyskał certyfikat BCA Green Mark Gold oraz został wyróżniony nagrodą „Projekt Roku” przyznawaną przez Singapurski Instytut Zarządzania Projektami (SPMI), a także nagrodą Singapore Business Review (SBR) International Business Award w kategorii budownictwa przemysłowego w 2024 r., co świadczy o światowej klasy wydajności zakładu produkcyjnego oraz wiarygodnych wynikach w zakresie zrównoważonego rozwoju.
W firmie Exyte kwestie zrównoważonego rozwoju są traktowane w sposób systematyczny i zintegrowane z procesem planowania, projektowania i realizacji projektów. W miarę ewolucji oczekiwań klientów i postępu technologicznego zrównoważony rozwój będzie nadal stanowił główny czynnik napędzający wszystkie projekty realizowane przez Exyte.
Kierujemy się przy tym jasnymi celami wydajnościowymi, takimi jak zobowiązanie firmy do osiągnięcia zerowego bilansu emisji netto (Net Zero) w działalności operacyjnej do 2040 roku. Zobowiązanie to znajduje odzwierciedlenie w podejściu opartym na projektowaniu i inżynierii, które już na najwcześniejszych etapach planowania uwzględnia efektywność energetyczną i gospodarkę o obiegu zamkniętym w obiektach, umożliwiając klientom spełnienie wymogów regulacyjnych przy jednoczesnym budowaniu odpornych i gotowych na przyszłość rozwiązań operacyjnych.
Artykuł ten został po raz pierwszy opublikowany w magazynie „Voice” wydawanym przez Singapurskie Stowarzyszenie Przemysłu Półprzewodnikowego (SSIA).
Skontaktuj się z naszymi ekspertami
Padmaja Ekambaram jest kierownikiem ds. zrównoważonego rozwoju w firmie Exyte. Stosuje podejście oparte na projektowaniu i koncentruje się na takich aspektach, jak wczesne decyzje inżynieryjne oraz zasady gospodarki o obiegu zamkniętym.