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半導體產業對環境帶來的影響

04. 2024

半導體公司帶來環境問題?還是環保解方?

半導體產業的環保品質正受到嚴格的審視,但同時,晶片在「淨零轉型」過程中也扮演著關鍵角色。

環保人士間越來越被廣泛接受的一個觀點是,半導體產業正在破壞地球。實際上,這種擔憂並非空穴來風。生產晶片的晶圓廠通常規模龐大,佔地面積可達100萬平方英尺,極其耗費能源。其每年用水量超過1,000億升1、溫室氣體排放量近1億噸2;還會嚴重消耗稀土金屬,並產生大量有毒廢棄物。

近年來,隨著電腦技術越來越強大,半導體產業的能源消耗呈指數級成長,人們對半導體的生態足跡也越來越關注。此外,美國和歐洲各國政府即將斥資數百億美元提高晶片產能,目的是確保供應穩定,但也將使工廠排放和廢棄物等問題變得不容忽視。

因此,乍看半導體在注重環保的投資組合中並沒有一席之地。但若仔細觀察,就會有不同的發現。

用半導體推動綠色轉型

作為責任投資的長期投資人,我們在建構投資組合時非常重視產業和公司的環保表現。但這也需要根據半導體在綠色轉型中能發揮的關鍵作用來衡量。換言之,以氣候為導向的投資人必須不僅要評估產業的碳「足跡」,還要評估專家所說的碳「手印」(即產業對其他經濟領域的正面影響)。

對於半導體來說,當涉及脫碳的關鍵因素「電氣化」時,這種正面影響尤為顯著。

國際能源署估計,如果我們希望在2050年實現淨零碳排,那麼電力在總能源使用中的佔比就必須從目前的20%提高到50%,以取代化石燃料。3

這亦意味著,再生電力的比例必須從30%提高到90%,要實現脫碳,我們首先需要先實現電氣化。我們還需要減少總能源消耗量,這將要求經濟的能源密集度每年提高3%,也就是目前的2倍。4

我們相信,半導體是推動綠色轉型的關鍵角色

沒有半導體,一切都免談。

有一種專用晶片是「功率半導體」,對促進電氣化至關重要。此類晶片主要用於控制電力供應以及轉換(直流電⇋交流電)、傳輸和儲存。

雖然其僅佔整個半導體市場的5%左右(即400億美元),卻發揮著極為關鍵的作用。5

例如,在太陽能發電廠中,需要高效可靠的功率半導體將直流電轉換為交流電,並以最小損耗傳輸電力。

半導體在電網現代化中同樣舉足輕重,它能使電網能夠更靈敏地應對電力供需變化。

晶片對汽車工業同樣重要。隨著人們轉向使用電動車和智慧汽車,目前汽車所需的半導體含量比一、二十年前增加了數倍。

因此,從再生能源的發展到電網儲存、電動車及其充電設備,半導體在整個電氣化價值鏈中都不可或缺。

這給投資人帶來了一個待解的難題:如何協調半導體公司對自然的負面影響與其產品可發揮的正面影響?

地球邊界模型和生命週期評估

瑞士百達環境機會策略投資團隊利用兩個分析框架來解決該問題,以衡量一家公司對綠色轉型的貢獻。

第一個是由斯德哥爾摩大學學者們所開發、以科學為基礎的框架,即地球邊界(Planetary Boundaries, PB)模型。它不僅分析了對地球健康影響最大的9個環境維度(包括氣候變化、生物多樣性、水和化學污染),還界定了人類活動對地球造成影響的「安全範圍」。

我們將地球邊界框架融合到第二個框架-「生命週期評估(Life Cycle Assessment, LCA)」中,成功將其應用於投資組合中。該工具主要量化產品在整個生命週期中使用或產生的原料、能源、水和相關排放物的數量。透過應用生命週期評估框架,我們可以按照地球邊界的9個維度繪製公司的環境影響圖。

半導體的環境足跡

在圖1中,我們說明了如何在實踐中應用這些框架。其中,地球邊界模型-生命週期評估工具用於量化半導體設備製造商分別對9個地球邊界模型維度的影響。分析表明,該公司對生物多樣性造成了巨大的負面影響,還導致高度的化學污染(由於危險廢棄物和水污染,可以透過現場處理措施進行管理)。除了這兩個維度,其他方面的環境影響可以忽略不計。
圖1 – 衡量標準
從地球邊界模型觀察半導體設備製造商的環境足跡
資料來源 : 瑞士百達資產管理,2023年8月,僅供說明之用 。

從該分析中得出的另一個結論是,半導體固然會對環境產生顯著影響,但影響程度小於其他許多產業。儘管該產業的排放量絕對值似乎很高,但實際僅佔全球總排放量的0.2%。6

同樣令人鼓舞的是,業內許多公司都在努力提高自己的環保成分。大多數公司都設定了目標,例如在未來幾年內實現100%再生能源和淨零排放或碳中和,半導體氣候聯盟(SCC)正在努力實現到2050年整個產業達到淨零排放。7

減少足跡的一種方法是使用極紫外(UEV)光刻。這是一個將圖案轉移到矽晶圓表面的更精密的工藝,意味著比傳統光刻所需的模組化步驟更少;而這有助於降低排放量。8

另一個解決方案是優化減排,或更好地處理製造過程中產生的有害氣體和溫室氣體。半導體製造商亦在尋求透過在晶圓廠直接實施回收減少浪費。

碳足跡之外:綠手印

此外,只關注晶片公司的營運並不能真實反映整個產業的環保成分。透過著眼於產業營運之外,並考慮到半導體對永續經濟建設的積極貢獻,投資人將會得出完全不同的結論。

這就是產業「手印」概念的由來。

公司的「手印」是指其產品對其客戶的環境「足跡」產生的積極影響。當一家公司為其客戶提供的解決方案可以減少「照常營運」的足跡時,就會創造出一個「手印」。產業從業者目前將這一理念應用於「碳排放」,但我們相信,它可以更廣泛地應用於許多其他環境維度,包括水資源消耗和耗材使用。

因此,「手印」代表積極的環境影響,愈大愈好;從理論上講,「手印」沒有限制。
基於事實基準和反事實情景之間的差異,手印很難準確量化。因此,這個概念實際上永遠不會納入氣候資訊揭露原則。

然而,我們已經將「手印評估」作為我們環境機會策略的投資流程重要一環。我們希望找到並持有這樣的公司——不僅能儘量減少自身的環境「足跡」,還能提供解決方案,增加客戶和其他經濟部門的「手印」。此類公司為我們提供了大量投資機會。

我們的分析表明,半導體設備製造商的環境足跡與他們潛在的手印相比顯得微不足道。從生產再生電力到提高使用效率,半導體在推動綠色轉型方面發揮著關鍵作用。

根據MSCI的分析,大約一半的半導體和設備公司的收入來自於直接促進綠色轉型的產品和服務,如太陽能發電和電動車。9 其他許多產品和服務可能間接參與其中。

由於影響難以量化,而且只有少數幾項研究可用,因此我們應該將任何數字視為粗略預估。 但埃森哲(Accenture)和全球電子永續發展倡議組織(GeSI)的一項分析表明,到2030年,資訊和通訊技術(ICT)解決方案可以減少12Gt(十億噸)全球二氧化碳排放(約為目前工業和化石燃料排放的三分之一),並促進交通、製造業、農業、建築和能源等領域的永續經濟成長。10

例如,在能源領域,可以透過部署能源管理系統,增加和整合再生能源併網,以及提高電網效率等來減少排放。透過部署建築管理系統(BMS),可以使用電腦監控和調整建築物的機電設備(如供暖、通風和照明),從而令建築產業的排放減少30%至40%。

如果沒有半導體或沒有整個科技產業,這些節能減排都不可能實現。能源、建築和製造業的綜合減排潛力累計高達5.8Gt(十億噸),幾乎是科技產業總足跡的5倍。11 若計及農業等其他領域,節約成果會更為顯著。

從這一優勢角度來看,半導體是綠色轉型的關鍵。對於作為脫碳必要條件的電氣化而言,這顯得尤為重要。