El callejón sin salida de los chips: su fabricación ya consume la misma energía que países enteros

“Los procesos de fabricación de chips requieren una precisión extrema y un control riguroso, lo que a menudo genera enormes demandas de electricidad y agua. Además, muchos de los materiales utilizados en la fabricación de semiconductores, como el silicio, requieren procesos intensivos de extracción y purificación que consumen mucha energía. Por estos motivos, este modelo de producción no es sostenible a largo plazo”.

La primera mitad del 2024 fue un éxtasis para la compañía estadounidense Nvidia, la empresa del momento en el mundo de los chips. La firma triplicó los envíos globales de semiconductores, dejando clara una máxima de estos tiempos: el mundo está hambriento de esta diminuta tecnología. Sin embargo, sobre su producción se asienta un magno desafío, la creciente demanda de energía eléctrica que requieren los semiconductores en su fabricación. Los expertos advierten de que satisfacer la explosiva necesidad de microprocesadores en el mercado se está convirtiendo en un obstáculo para la transición verde. Los enormes y complejos equipos donde se imprimen los chips de vanguardia requieren ingentes cantidades de energía eléctrica para crear una tecnología que se ha vuelto crucial, entre otras áreas, para el desarrollo de la inteligencia artificial y los centros de datos.

En concreto, los microprocesadores, esas diminutas placas rectangulares que usan los ordenadores, lavadoras o teléfonos móviles, requieren de complejas máquinas de litografía ultravioleta extrema (EUV, por sus siglas en inglés) para su fabricación; un proceso que baña a las obleas de silicio —el material base de los chips— con ondas de luz invisibles para el ojo humano.

Según información de Bloomberg, para recrear los haces lumínicos, los últimos modelos de estos equipos especializados necesitan consumir alrededor de un megavatio de electricidad, o el equivalente al gasto energético promedio de un hogar español durante cuatro meses. La consultora estadounidense McKinsey ya advertía hace una década de que una planta de fabricación de semiconductores típica consumía tanta energía al año como aproximadamente 50.000 hogares. De hecho, la entidad señalaba entonces que las “mega fábricas” estaban consumiendo más electricidad que las plantas automotrices y las refinerías.

Jose Luis Costa, experto del CSIC en nanotecnología, suscribe que de momento esta situación no se está viendo como un problema en la mayoría de regiones, “porque es un sector estratégicamente crítico donde no va a haber impedimentos en el gasto de energía”. Más allá de la electrónica de consumo, segmentos como el armamentístico, el espacial o de los automóviles también han visto cómo los chips se han convertido en parte indispensable del desarrollo de productos. Según la World Semiconductor Trade Statistics, las ventas mundiales de microprocesadores subieron un 16,3% interanual a inicios de este año, hasta los 39.700 millones de dólares (unos 37.040 millones de euros), y la previsión es que crezcan un 13,1% en 2024.

El protagonista indispensable en la manufactura de esta tecnología es Taiwán, que aloja a la empresa líder en la fabricación: Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSCM). Se estima que del 60% al 70% de la fabricación global de chips sale de esta pequeña isla ubicada en el extremo oriente de Asia. Según Bloomberg, debido a la alta cantidad de consumo eléctrico necesario para hacer funcionar a las máquinas de litografía, se espera que TSMC pronto consuma más energía que toda la población de 21 millones de personas de países como Sri Lanka. En 2020, la compañía representó aproximadamente el 6% del consumo total de energía de Taiwán y se cree que esa cifra aumentará al 12,5% para 2025.

El problema reside en que la industria de Taiwán depende en gran medida de combustibles fósiles. Más del 80% de su energía proviene de la quema de carbón y gas, según los datos del centro de estudios News Lines Institute. Para contrarrestar la situación, en 2016 el gobierno de la isla se fijó el objetivo de obtener para 2025 el 20% de la electricidad de fuentes renovables a través del desarrollo de la energía solar y la capacidad eólica marina.

La cifra, no obstante, parece estar lejos de alcanzarse. El último análisis energético publicado en julio desvelaba que para finales de 2021 solo el 6% de la energía provenía de fuentes renovables, lo que ha llevado a los funcionarios a rebajar su meta al 15%. Según informa para Bloomberg, Liang Chi-Yuan, catedrático de gestión de la Universidad Nacional Central de Taoyuan, Taiwán no tendrá suficiente capacidad eléctrica para dar cabida a su industria de semiconductores, a menos que los fabricantes de chips empiecen a construir sus propias plantas de suministro eléctrico.

Otros países con un importante historial en la fabricación de semiconductores atraviesan un dilema parecido. En Corea del Sur, el gigante tecnológico Samsung dispone de seis plantas de fabricación de semiconductores que representaron el 3% de la factura energética del país en 2021. Sin embargo, en su intento por competir directamente con TSMC en la manufactura de chips para clientes externos, la firma surcoreana busca expandir el número de máquinas EUV. El aterrizaje de nuevos equipos supone un reto para el esquema energético del país asiático, que también es altamente dependiente de la quema de carbón y gas. Hasta 2018, cerca del 80% de la energía del país provenía de estas fuentes, según los datos del Banco de desarrollo de Asia.

“Los procesos de fabricación de chips requieren una precisión extrema y un control riguroso, lo que a menudo genera enormes demandas de electricidad y agua. Además, muchos de los materiales utilizados en la fabricación de semiconductores, como el silicio, requieren procesos intensivos de extracción y purificación que consumen mucha energía. Por estos motivos, este modelo de producción no es sostenible a largo plazo”, sostiene Costa.

La industria se defiende argumentando que el desarrollo de esta tecnología está permitiendo avances en sostenibilidad y ahorro energético en otras áreas. El Instituto de Estrategia Internacional de Tecnología Industrial de Taiwán arguye que cada kilovatio de electricidad producida por TSMC puede ahorrar hasta cuatro de electricidad para el mundo.

Costa, parcialmente de acuerdo con este argumento, expone que ya se están estudiando formas más sostenibles para la producción de chips, como la luz para procesar la información o estados cuánticos que “serán extremadamente eficientes y disminuirán considerablemente el gasto de energía y las consecuencias medioambientales”. Pone como ejemplo el reciente anuncio de Canon, que busca introducirse en el mercado de máquinas de litografía —actualmente dominado por la holandesa ASML— a través de la nano impresión, que según Costa augura tamaños similares, pero con una décima parte del precio y el consumo energético.

Aunque con menor protagonismo, otros jugadores en la arena de los chips, como Intel, también están intentando que la carrera por liderar el mercado sea más verde y sostenible. La firma estadounidense ha logrado obtener mejores resultados que sus pares asiáticos en materia de recursos renovables, en parte porque tiene acceso a energía verde en sus instalaciones de Arizona, Nuevo México y Oregón. Según Bloomberg, la empresa obtuvo el 80% de su electricidad de fuentes renovables en 2021, frente al 71% del año anterior. Aunque, el medio económico también advierte que el consumo general de electricidad también está aumentando significativamente debido a las técnicas de fabricación avanzadas.

En la carrera por liderar este complejo mercado, que requiere de numerosas capas de diseño y fabricación, varios países han puesto sobre la mesa grandes sumas de dinero para crear una capacidad de fabricación que les permita defenderse de los shocks en la cadena de suministro, como sucedió durante la pandemia. Estados Unidos aprobó un plan de 52.000 millones de dólares para levantar sus propias fábricas y la Unión Europea ha desplegado 49.000 millones de euros para atraer inversión extranjera. Sin embargo, el impacto ambiental no parece ser una consideración importante en ninguna de las dos jurisdicciones. “Los desafíos ya son demasiado complejos; en ese contexto, los argumentos energéticos y medioambientales son, tristemente, secundarios”, zanja Costa.

De momento, la demanda de máquinas litográficas sigue aumentando. El analista de Bloomberg Intelligence, Masharo Wakasugi, predice ASML, que se ha convertido prácticamente en la única firma capaz de diseñar y fabricar estos equipos, venderá un 30% de EUV más este año, lo que se traduce en más aumento energético para los países fabricantes. “Debemos concienciarnos como individuos de la situación de emergencia en la que estamos y hacer y exigir hacer algo al respecto. Si no actuamos ahora, en 20 años vamos a notar las consecuencias”, concluye.