Production-network embedding and embodied carbon–energy footprints in semiconductor supply chains: An MRIO scenario analysis of Taiwan, Japan, and the United States
Unter Verwendung einer multiregionalen Input-Output-Analyse von Taiwan, Japan und den USA zeigt diese Studie auf, dass die eingebetteten Kohlenstoff- und Energie-Fußabdrücke der Halbleiterlieferketten primär durch die Einbettung in vorgelagerte Produktionsnetzwerke getrieben werden und nicht durch die direkte Effizienz oder den Strommix des Produktionsstandorts.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Wenn wir ein Smartphone oder einen Computer kaufen, denken wir oft an das Gerät selbst, aber die Geschichte seiner Entstehung beginnt lange vor dem Erreichen eines Verkaufsregals. Sie beginnt mit einem riesigen, unsichtbaren Netz aus Fabriken, Minen und Kraftwerken, die zusammenarbeiten, um Rohstoffe in die winzigen Chips zu verwandeln, die das moderne Leben ermöglichen. Dieses Netz ist als Lieferkette bekannt. Seit Jahrzehnten verlässt sich die Welt stark auf einen spezifischen Ort, um diese Chips zu bauen: Taiwan. Doch während die globalen Spannungen zunehmen und Nationen bestrebt sind, ihre eigenen Lieferketten sicherer zu machen, gibt es einen wachsenden Drang, diese Produktion in andere Länder wie Japan und die Vereinigten Staaten zu verlagern. Die große Frage für politische Entscheidungsträger und Umweltschützer ist einfach: Wenn wir die Fabriken verlagern, sinkt dann der ökologische Preis der Chipherstellung oder bleibt er gleich? Die Antwort ist nicht so offensichtlich, wie es scheint, denn die Umweltauswirkungen eines Produkts hängen nicht nur von der Fabrik ab, die es herstellt, sondern von dem gesamten Netzwerk der Zulieferer, das sie speist.
Ein Team von Forschern der Kyushu University machte sich daran, diese Frage zu beantworten, indem sie die verborgenen Energie- und Kohlenstoffkosten untersuchten, die in der Produktion von Halbleitern eingebettet sind. Sie bauten keine neuen Fabriken oder führten physische Experimente durch. Stattdessen nutzten sie ein leistungsstarkes Computermodell, das abbildet, wie Geld und Waren zwischen verschiedenen Industrien weltweit fließen. Dieses Modell ermöglichte es ihnen, das tatsächliche Produktionsnetzwerk in Taiwan mit den bestehenden Produktionsnetzwerken in Japan und den Vereinigten Staaten zu vergleichen. Sie stellten eine spezifische „Was-wäre-wenn“-Frage: Wenn derselbe Menge an Halbleiterwert, der in Taiwan produziert wird, stattdessen unter Verwendung der in Japan oder den USA vorhandenen Lieferketten produziert würde, wie viel weniger Kohlenstoff und Energie wäre dann erforderlich? Ihr Ziel war es zu verstehen, ob der Standort der Fabrik wichtiger ist oder ob das verborgene Netz der Zulieferer hinter der Fabrik tatsächlich den ökologischen Fußabdruck bestimmt.
Die Forscher fanden heraus, dass die Antwort tief in diesem unsichtbaren Netz liegt. Als sie die Produktion unter Verwendung der bestehenden Lieferketten in Japan oder den Vereinigten Staaten simulierten, waren die Ergebnisse dramatisch. Die Menge an Kohlendioxid, die mit der Herstellung der Chips verbunden wäre, würde in Japan um fast 89 Prozent und in den Vereinigten Staaten um fast 94 Prozent im Vergleich zur aktuellen Situation in Taiwan sinken. Ähnlich würde die Energie, die zur Produktion desselben Wertes an Chips erforderlich ist, in Japan um mehr als 96 Prozent und in den Vereinigten Staaten um mehr als 97 Prozent fallen. Diese Zahlen sind keine kleinen Anpassungen; sie stellen eine massive Verschiebung der Umweltauswirkungen dar. Die Studie stellt jedoch klar, dass dies keine Vorhersagen sind, dass die Verlagerung einer einzelnen Fabrik automatisch diese Einsparungen erzielen wird. Vielmehr zeigen sie den Unterschied zwischen dem spezifischen Netzwerk der Zulieferer in Taiwan und den unterschiedlichen Netzwerken in Japan und den USA auf.
Um zu verstehen, warum die Einsparungen so groß waren, brachen die Forscher die Zahlen auf, um genau zu sehen, woher die Emissionen stammten. Sie entdeckten, dass in Taiwan der hohe CO2-Fußabdruck nicht dadurch verursacht wird, dass die Chipfabriken selbst ineffizient sind, sondern durch die Elektrizität und die Schwerindustrie, die sie beliefern. In Taiwan sind das Stromnetz und die lokalen Schwerindustrien, die Materialien bereitstellen, sehr kohlenstoffintensiv. Als die Forscher versuchten, nur die Chipfabrik zu isolieren und nur die Stromquelle auszutauschen, waren die Einsparungen viel geringer und senkten den CO2-Fußabdruck nur um etwa 20 bis 23 Prozent. Dies enthüllte, dass die massive Differenz, die in der vollständigen Simulation gesehen wurde, aus dem gesamten vorgelagerten Netzwerk stammt. Die Zulieferer in Japan und den Vereinigten Staaten sind in eine andere Wirtschaftsstruktur eingebettet, die von Natur aus weniger kohlenstoffschwer ist, noch bevor man die spezifische Chipfabrik betrachtet.
Die Studie untersuchte auch, ob die Einsparungen nur eine Illusion waren, die durch die Art und Weise der Datenerfassung entstanden ist. Sie überprüften, ob die Ergebnisse Emissionen in vagen Kategorien oder „Restkonten“ verbargen. Die Daten zeigten, dass die Emissionen in Taiwan in realen, identifizierbaren Sektoren wie Elektrizität und Schwerindustrie konzentriert waren, während die niedrigeren Emissionen in Japan und den USA von einer tatsächlich anderen Mischung von Zulieferern stammten. Tatsächlich stützt sich der US-Halbleitersektor bei seinen Materialien stärker auf ausländische Zulieferer, während der taiwanesische Sektor tief in seine eigenen heimischen Schwerindustrien integriert ist. Dieser strukturelle Unterschied ist der entscheidende Treiber. Die Forscher merkten auch an, dass es nicht ausreichen würde, einfach nur den Strom in den Gastländern sauberer zu machen, um den massiven Rückgang der Emissionen zu erklären; die gesamte Art und Weise, wie die Lieferkette aufgebaut ist, zählt mehr als nur die Energiequelle.
Letztendlich legt diese Forschung nahe, dass die ökologischen Folgen der Verlagerung der Halbleiterproduktion weniger mit dem physischen Standort der Fabrik als vielmehr mit dem Produktionsnetzwerk verknüpft sind, in das sie platziert wird. Wenn ein Land neue Chipfabriken baut, sie aber mit einer Lieferkette verbindet, die der in Taiwan ähnelt – also auf dieselben Arten von kohlenstoffintensiver Elektrizität und Schwerindustrie angewiesen ist –, werden die ökologischen Vorteile viel kleiner sein, als die Simulationen suggerieren. Die Studie behauptet nicht, dass die Verlagerung der Produktion eine garantierte Lösung ist, noch misst sie andere Faktoren wie den Wasserverbrauch oder die sozialen Auswirkungen auf die Arbeiter. Stattdessen liefert sie eine klare Karte der verborgenen Kosten. Sie zeigt, dass für Nationen, die ihre Lieferketten aus Sicherheitsgründen diversifizieren wollen, der wichtigste Schritt nicht nur der Bau der Fabrik ist, sondern das Verständnis und die Neugestaltung des gesamten Netzwerks der Zulieferer, das sie speisen wird. Oh ohne die Veränderung dieses Netzwerks könnten die ökologischen Gewinne einer Verlagerung unerreichbar bleiben.
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