台积电影响苹果的碳中和目标？芯片产业碳排放有多大

撰文 | Shushu；编辑 | 郭郭

这是《环球零碳》的第628篇原创

过去几年，半导体公司一直专注于解决芯片短缺问题，并将精力集中在增加供应上。但现在，这些半导体公司的终端客户越来越关注其产品的绿色低碳和可持续性。

这些终端客户，比如苹果公司，要求他们的供应商（包括半导体公司）加大力度减少温室气体（GHG）排放，以实现整个供应链的净零碳排放。有兴趣了解可阅读《环球零碳》的《苹果要清理供应商，不搞碳中和就出局》一文。

众所周知，台湾积体电路制造股份有限公司，简称台积电，是苹果的重要供应商。然而，曾有外媒报道称，苹果2030年达到100%碳中和的目标可能会因为台积电而面临危险。

这是因为，半导体制造，是一个碳排放比较密集的产业。那么，一家半导体公司一年的碳排放是多少？

以台积电举例，据彭博社的数据，2017年台积电排放600万吨碳，2019年排放800万吨，2020年排放1500万吨。在过去几年中，台积电的温室气体排放量已经超过了汽车巨头通用汽车的排放量。

按理来说，半导体能够满足机器学习、人工智能、游戏、区块链等日益增长的计算需求，在一些领域也能帮助高效减碳，为何其自身的碳排放却如此之高？

这里面主要有两个问题：半导体制造本身就是有代价的，它需要大量的能源和水，并会产生大量碳排放；一旦事情变得非常高效，人们就会更多地使用它，也会增加整体的碳足迹。

哈佛大学曾做过一项研究显示，对于许多类型的移动和数据中心设备来说，硬件制造业是现在主要的碳排放源。

半导体行业本身的高碳排，加之来自终端客户的减排压力，按理这些半导体企业在这方面应当尤其重视。

然而，绿色和平组织却指出，作为全球半导体产业龙头之一的台积电，似乎并未积极地追求能源转型。它的转型步调跟不上它的扩张速度，虽已订定环保目标，但不管在减碳还是使用再生能源方面，所有的时程都不够积极，这不仅将对气候造成伤害，未来也将回头影响台积电自身的产品竞争力。

那么，对于台积电这类半导体企业而言，为何没有积极进行能源转型？目前半导体行业的减碳困境又在何处？

01 造芯到底要用多少电？

如果说，苹果2030年达不到100%碳中和的目标是因为台积电，那给台积电带来“恶名”的罪魁祸首是芯片生产和制造。

哈佛大学研究员乌迪特·古普塔（Udit Gupta）曾表示，芯片制造占电子设备“碳排放的大部分”。

芯片制造的工序超过3000道，配套的半导体设备都需要电力支撑，因此这种制造工业是能源、水、化学品和原材料的资源密集型产业。

制造过程中的扩散炉、离子注入机和等离子蚀刻机都需要相当大的功率，比如扩散炉的运行温度为648至1094摄氏度，这都需要耗费巨大的电量。

根据麦肯锡的报告，总结来说，一个半导体设备制造商的排放可分为以下几类：

1/范围1排放直接来自晶圆厂，主要来自具有高全球变暖潜能值的工艺气体和传热流体，它们可能会泄漏到大气中。

2/范围2的排放直接来自购买的电力、蒸汽、加热和冷却设备。

3/范围3的排放包括公司价值链中的所有其他间接排放。

下图中可以明显看到，一个半导体制造商范围2中的生产制造阶段的碳排放占据比例最大，达25%。

这其中的原因是，半导体生产制造是一个漫长而复杂的过程，耗电量尤其大，且严重依赖化石燃料。

以台积电来说，根据《台积公司2020年度气候相关财务揭露报告》数据，2020年，台积电用电量为169亿度，超过整个台北市的用电量。

彭博社也曾报道，仅台积电一家公司的耗电量，就与斯里兰卡2100万人口用电量并驾齐驱。

如果以现在中国台湾半导体产业的发展趋势，据绿色和平组织估计，到2030年，该产业的耗电量将达到740亿度，相当于2021年新西兰全国人口用电量的2倍。

其中，到2030年台积电的耗电量也将增加至660亿度，这个电量相当于中国台湾四分之一人口的年用电量。

另外，还值得注意的是，不只耗电量大，半导体产业的用水量也十分惊人。

在芯片生产的过程中，需用纯水对芯片上的杂质进行冲洗。这些纯水来自淡水净化，需消耗大量水资源。以一座大型半导体Fab为例，日均耗水量可达数千吨。芯片越先进，水资源消耗越多。

02 台积电能源转型真的不积极？

虽然半导体行业碳排放如此之大，但是据国际环保机构绿色和平组织最新报告显示，东亚地区台积电、三星电子、立讯精密等13家头部电子制造企业，特别是半导体行业的公司，均未承诺于2030年前实现全范围使用100%可再生能源，并且其气候承诺不符合2030年全球控温1.5摄氏度的目标。

其实，2020年台积电成为全球首家加入全球再生能源倡议组织(RE100)的半导体企业，在2021年宣布希望到2050年实现净零排放，到2030年实现全公司可再生能源使用40%的目标。

但是，研究表明，实现1.5度全球温控的目标不能只依靠于各行业到2050年被动减排，2030年主动减排50%是1.5度目标的基本保障。

由此可见，台积电的减排目前确实是慢了一些。不过，台积电一直在做最大的努力，将电力来源转换成清洁能源，购买可再生能源是台积电的重要举措。

2022年上半年，“台积电买走大部分绿电凭证”在中国台湾引起白热化的争议。

据数据统计，去年第一季度全台湾卖出18万9646张凭证，相当于1.9亿度绿电。其中，被台积电买走17万3697张，风电占15万4966张、光电为1万8731张。从这一数据来看，中国台湾绿电产出的确被台积电买走九成以上。

就在上个月，台积电又与诚新电力（诚新绿能子公司）签订总量200亿度，每年10亿度，为期20年的可再生能源采购合约。台积电指出，每年10亿度电中，台积电认购其中5亿度，此外的5亿度则邀请供应商共同认购，预计每年将共同削减50万公吨二氧化碳排放量。

不过，即使台积电把中国台湾市场的绿电扫荡一空，在使用绿电的比率方面还是完败给竞争对手，三星和英特尔。

从下图表中可看到，英特尔的绿电占比达到82％，三星电子达到20.48%，而台积电仅9%。

绿色和平组织专家郑楚忻分析，台积电在社会倡议、节能和提升能效做了许多努力，但致命缺点是绿电占比在同业里偏低，用电量、碳排持续增加，能源转型速度没有跟上。

不过这可能跟可再生能源占所在国家和地区的比例有关。比如，美国的再生能源占整体发电量25％，让英特尔采购绿电上有绝对优势。

相较之下台湾地区可再生能源只占整体发电量的6％，绿电供应条件先天不足。因此，台积电董事长刘德音呼吁，政府要能多多提供绿电，让我们买得更多。

只是，台湾地区政府原订2025年可再生能源达到20％的目标去年确定跳票，台积电即使要达成缓慢的2050年净零碳排、100％使用绿电的目标，也是一项艰巨的挑战。

03 除买绿电外，半导体产业还可以怎么减排？

为了在2050年之前走上净零碳排放的道路，每个半导体公司都需要借助于更积极主动和创新的方法，这意味着要加大对脱碳的投资。

以半导体产业减排尖子生英特尔为例，该公司承诺，到2040年实现全球业务的温室气体净零排放。到2030年，在全球业务中100% 使用可再生电力，并且投资约3亿美元用于设施节能，以实现累计40亿千瓦时的能源节约。

为实现这个减排目标，英特尔两手抓，不仅自身使用绿电，还联合供应商或其他公司提升资源效率，降低能耗。

据钛媒体报道，英特尔正与Submer等公司合作，为跨云和通信服务提供商的数据中心启用液浸式散热试点部署。该方案应用了新的原理，能够通过液浸式散热进行热量回收和再利用。

另外，英特尔还进行环保投资。比如，它在大型工业级冷却器当中使用AI技术来降低工业冷却塔的能源消耗，可以让整个能耗降低20%-30%。

这不仅能降低成本，同时也可以帮助英特尔把新的产品和技术解决方案销售给客户。

现在对于半导体行业而言，正处于一个特殊时刻。在减排压力急剧增加之际，对产品的需求正飙升至前所未有的高度。新的要求必将产生新的工作方式，未来这些企业在终端客户的要求，必然会走向可持续。

（参考文献详见公众号环球零碳）

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