Production-network embedding and embodied carbon–energy footprints in semiconductor supply chains: An MRIO scenario analysis of Taiwan, Japan, and the United States
Met behulp van een multi-regio input-outputanalyse van Taiwan, Japan en de Verenigde Staten onthult deze studie dat de belichaamde koolstof- en energievoetafdrukken van halfgeleiderleveringsketens primair worden gedreven door de inbedding in upstream productie-netwerken, in plaats van door de directe efficiëntie of de elektriciteitsmix van de gastproductielocatie.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Wanneer we een smartphone of een computer kopen, denken we vaak aan het apparaat zelf, maar het verhaal van de creatie ervan begint lang voordat het een winkelplank bereikt. Het begint bij een uitgestrekt, onzichtbaar web van fabrieken, mijnen en elektriciteitscentrales die samenwerken om grondstoffen te veranderen in de minuscule chips die het moderne leven mogelijk maken. Dit web staat bekend als een toeleveringsketen. Decennialang heeft de wereld zwaar vertrouwd op één specifieke plek om deze chips te bouwen: Taiwan. Echter, naarmate de wereldwijde spanningen toenemen en landen streven naar meer veiligheid voor hun eigen toeleveringsketens, is er een groeiende drang om deze productie te verplaatsen naar andere landen zoals Japan en de Verenigde Staten. De grote vraag voor beleidsmakers en milieubeschermers is simpel: als we de fabrieken verplaatsen, gaat de milieu-impact van het maken van deze chips dan omlaag, of blijft deze gelijk? Het antwoord is niet zo even eenvoudig als het lijkt, omdat de milieu-impact van een product niet alleen afhangt van de fabriek die het maakt, maar van het gehele netwerk van leveranciers dat het voedt.
Een team onderzoekers aan de Kyushu Universiteit zette zich sch de schouders om deze vraag te beantwoorden door te kijken naar de verborgen energie- en koolstofkosten die besloten liggen in de productie van halfgeleiders. Zij bouwden geen nieuwe fabrieken en voerden geen fysieke experimenten uit. In plaats daarvan gebruikten zij een krachtig computermodel dat in kaart brengt hoe geld en goederen tussen verschillende industrieën over de hele wereld stromen. Dit model stelde hen in staat om het werkelijke productienetwerk in Taiwan te vergelijken met de bestaande productienetwerken in Japan en de Verenigde Staten. Zij stelden een specifieke "wat als"-vraag: als dezelfde hoeveelheid aan semiconductor-waarde die in Taiwan wordt geproduceerd, in plaats daarvan zou worden geproduceerd met de toeleveringsketens die in Japan of de VS worden gevonden, hoeveel minder koolstof en energie zou er dan nodig zijn? Hun doel was om te begrijpen of de locatie van de fabriek er meer toe doet, of dat het verborgen web van leveranciers achter de fabriek degene is die de werkelijke milieuvoetafdruk bepaalt.
De onderzoekers ontdekten dat het antwoord diep in dat onzichtbare web ligt. Toen zij de productie naar Japan of de Verenigde Staten simuleerden met behulp van de bestaande toeleveringsketens in die landen, waren de resultaten spectaculair. De hoeveelheid koolstofdioxide die geassocieerd wordt met het maken van de chips zou met bijna 89 procent dalen in Japan en met bijna 94 procent in de Verenigde Staten vergeleken met de huidige situatie in Taiwan. Op dezelfde manier zou de energie die nodig is om dezelfde waarde aan chips te produceren, met meer dan 96 procent dalen in Japan en met meer dan 97 procent in de Verenigde Staten. Deze cijfers zijn geen kleine aanpassingen; ze vertegenwoordigen een enorme verschuiving in de milieu-impact. De studie benadrukt echter duidelijk dat dit geen voorspellingen zijn dat het verplaatsen van een enkele fabriek automatisch deze besparingen zal realiseren. In plaats daarvan laten ze het verschil zien tussen de specifieke keten van leveranciers in Taiwan en de verschillende netwerken in Japan en de VS.
Om te begrijpen waarom de besparingen zo groot waren, braken de onderzoekers de cijfers af om precies te zien waar de emissies vandaan kwamen. Zij ontdekten dat in Taiwan de hoge koolstofvoetafdruk niet wordt veroorzaakt door de chipfabrieken zelf die inefficiënt zijn, maar door de elektriciteit en de zware industrieën die hen bevoorraden. In Taiwan zijn het elektriciteitsnet en de lokale zware industrieën die materialen leveren zeer koolstofintensief. Wanneer de onderzoekers probeerden alleen de chipfabriek te isoleren en alleen de elektriciteitsbron te vervangen, waren de besparingen veel kleiner, waarbij de koolstofvoetafdruk slechts met ongeveer 20 tot 23 procent daalde. Dit onthulde dat het enorme verschil gezien in de volledige simulatie voortkomt uit het gehele upstream-netwerk. De leveranciers in Japan en de Verenigde Staten zijn ingebed in een andere economische structuur die inherent minder koolstofzwaar is, nog voordat men naar de specifieke chipfabriek kijkt.
De studie onderzocht ook of de besparingen slechts een illusie waren veroorzaakt door de manier waarop de gegevens werden geteld. Zij controleerden of de resultaten niet emissies verborgen hielden in vage categorieën of "restposten". De gegevens toonden aan dat de emissies in Taiwan geconcentreerd waren in reële, identificeerbare sectoren zoals elektriciteit en zware industrie, terwijl de lagere emissies in Japan en de VS voortkwamen uit een werkelijk ander mengsel van leveranciers. Sterker nog, de Amerikaanse semiconductorsector is zwaarder afhankelijk van buitenlandse leveranciers voor haar materialen, terwijl de Taiwanese sector diep geïntegreerd is met haar eigen binnenlandse zware industrieën. Dit structurele verschil is de belangrijkste drijfveer van het emissieverschil. De onderzoekers merkten ook op dat het simpelweg schoner maken van de elektriciteit in de gastlanden niet voldoende zou zijn om de enorme daling in emissies te verklaren; de volledige manier waarop de toeleveringsketen is opgebouwd, is belangrijker dan alleen de energiebron.
Uiteindelijk suggereert dit onderzoek dat de milieugevolgen van het verplaatsen van de productie van halfgeleiders minder verbonden zijn aan de fysieke locatie van de fabriek en meer aan het productie-netwerk waarin zij wordt geplaatst. Als een land nieuwe chipfabrieken bouwt maar deze verbindt met een toeleveringsketen die op die van Taiwan lijkt — leunend op dezelfde soorten koolstofintensieve elektriciteit en zware industrie — zullen de milieuvoordelen veel kleiner zijn dan de simulaties suggereren. De studie beweert niet dat het verplaatsen van de productie een gegarandeerde oplossing is, noch meet het andere factoren zoals waterverbruik of de sociale impact op werknemers. In plaats daarvan biedt het een heldere kaart van de verborgen kosten. Het laat zien dat voor landen die hun toeleveringsketens willen diversifiëren om redenen van veiligheid, de belangrijkste stap niet alleen het bouwen van de fabriek is, maar het begrijpen en hervormen van het gehele web van leveranciers dat deze zal voeden. Zonder dat netwerk te veranderen, kunnen de milieuwinsten van relocatie buiten bereik blijven.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.