大乾旱碰上晶片最狂缺貨 揭台積電 19年造水戰

3階段把廢水變水源,甚至蓋自己的水廠

大乾旱碰上晶片最狂缺貨 揭台積電19年造水戰爭


當史上最大半導體投資潮,遇上台灣半個多世紀來最大水荒,這一堂水的課題,正在教會我們,該如何重新看待風險與資源。

文●侯良儒 攝影●程思迪


▲拉警報!竹科3大水源之一的寶山水庫,目前水位已經低到標尺底端,創下該水庫啟用36年來最低蓄水量。

四月五日,台中分區限水的前一天,建國市場的魚販們,拿著黑色水管,將一個個白色保麗龍箱注滿水;五公里外,「勤美之森」建案工地,一輛剛灌飽地下水的水車,一路往西北駛去,進入台積電中科廠區。

從基層民生到高端科技的「搶水大作戰」,起源於今年春天這場台灣五十六年來最嚴峻旱情:四月中旬,無論中科仰仗的德基、鯉魚潭水庫,還是供應竹科的寶山等三座水庫,水位統統創歷史新低,導致苗栗與台中啟動暌違六年的分區限水。

偏偏, 在這個節骨眼上, 台灣科技業—尤其產值逾三兆元的半導體業,正迎來史上最旺、也是最嚴重的晶片缺貨潮。而台積電,也才剛宣布史上最高的二兆八千億元資本投入。

「如果台灣的乾旱沒有減緩,半導體生產問題恐導致蘋果、特斯拉的晶片交貨受到影響,」《霸榮》週刊(Barron’s)指出。

「這是半個多世紀以來台灣最嚴重的乾旱,同時,它也暴露了這座島嶼半導體業面臨的巨大挑戰,」《紐約時報》寫道。
缺水危機迫在眉睫!
台灣乾旱週期從17年縮短為3到5年

天氣風險管理開發總經理彭啟明先前指出,從過去半世紀台灣降雨趨勢觀察,由於氣候變遷加劇,台灣的乾旱週期,已經從早期的十七年、後來九年,現在已經縮短為三年至五年。

當水的供給越來越不穩定,需求端卻持續增長。過去十年,台灣的農業、民生用水雖微幅減少,但工業用水卻成長四%(見上圖);單就南部地區,水利署更推估從二○一四年至今年,工業用水更將大增三六%。

「沒有IC業者是可以不用水的!」聯電名譽副董事長宣明智向商周解釋,半導體的生產過程,從研磨、曝光、顯影、蝕刻到後續的封裝,都需要大量的水進行清洗與冷卻。簡單說,水,是半導體業不可或缺的生產要素。

面對這場缺水危機,大廠們正各出奇招。

像記憶體廠美光,就派出工程師到台中市多處建案取水、檢測其工程地下水的水質。面板廠群創,去年第四季找來水車公司「演習」,模擬若中南部停水,水車如何能在最短時間,將新竹頭前溪的水運到中科與南科。


▲台積電委託水車,不斷前來勤美建案載運工程地下水,這些水回到廠內後,成為備援水源。

台積電把營運威脅變機會
一場大旱點醒它,減少對自來水的依賴

除了訂水車、找地下水,全台用水最大戶—台積電,正在南科興建台灣第一座民營再生水廠,打算把整個南科的工業廢水,變成自家的工廠用水。

這背後,是一場長達十九年,「為了喝牛奶而養一頭牛」的故事。

最早,台積電也不是做得那麼極致。千禧年前,台積電面對廢水,與現在多數企業無異:把廢水處理到合乎法規、對環境無害(do no harm)然後放流。儘管早期它也有做水的回收,但多是污染度低、無需過多處理的水。

進入二十一世紀後,兩件事,改變了它。

第一,是變遷劇烈的氣候。

二○○二年,千禧年第一場大旱,翡翠、石門水庫,水位雙雙創下歷史新低,竹科更因為寶山第二水庫尚未完工,首次上演水車滿街跑的景象。業者回憶,當時台積電甚至一度叫不到水車,而且旱情竟然延續到隔年。
當年台積電營收不到現在的八分之一,並且才剛跨入國際競爭者眾多的點一三微米製程,一旦限水,產能勢必得調降,而一台僅能載兩噸水的水車,對比它上萬噸用水量, 緩不濟急。「 減少對自來水的依賴 ,」它如此決策。

「 我們很清楚, 水, 會是一個讓( 公司)營運無法持續的風險,」一名台積電退休主管回憶,「如果連『持續』都不行,還談什麼『永續』!」

這引發了第二件事:台積電的客戶開始關注,它是否有足夠的水生產?進而要它提出水的風險管理報告。


▲目前台積電為充分利用廢水,將其分流成38種。

台積電「打水仗」的第二階段,就此展開。二○○二年, 它建立台灣半導體業第一套洗滌塔廢水的回收系統,將占三成用水的洗滌廢水,變成能回到工廠再利用的水。這讓它的廢水回收率從多年來的六字頭跳升到七三%。
經濟效益的回報,也很快速。業界人士透露,該套系統由於讓後續水處理的投藥量、污泥量,雙雙減半,因此短短半年,就全部回收逾千萬元的投資成本。
一位台積電退休主管指出,此時,台積電看待廢水,已經不是用成本的概念在思考,「而是當成另一種『水源』。」

為了能夠回收更多的水,它把廢水產生之後的管線分流,從五種分流到三十八種之多,以便一一處理不同製程的不同化學品。

分流的難,在於工廠興建之初,規畫者是否「未雨綢繆」。因為每分離出一種廢水,就要有一套對應的處理設備,如果廠內沒有空間,廢水被分流出來也無法處理,「所以他們在建新廠,都會預留空間,為將來做準備,」一名台積電供應商觀察。

其間,台積電也繳了不少「學費」。例如某次為了回收一種研磨廢水,它採購美國最新設備,更找外國技師駐廠半年,結果因選用的薄膜過濾效果不如預期,只好打掉重練、整組設備拆除,損失逾千萬元。

扶植一連串水處理供應鏈
更自建再生水廠,把污水變水源

那次經驗給他們的學習,是建立「模廠」制度。亦即,每次想建置一套新的廢水回收系統,會在一個獨立空間裡先做模擬實驗,而不是直接在工廠裡安裝設備。

像是台積電近期發布,全球第一套的「全物理性晶背研磨廢水再生技術」,就是透過模廠開發,才導入其龍潭封裝廠。據其揭露資訊,這套設備製造商是位於桃園的卜力斯(見第五十六頁文)。
在第二個階段裡,像卜力斯這樣被台積電扶植的水處理業者,從上游材料、中游設備,到下游整合商都有,例如,台灣最大的閥件廠捷流(見第五十二頁文)、老牌化工廠三福以及長春、工程整合商信紘等。其中,三福過去七年來因為乘著台積電的翅膀,毛利率從個位數變成二○%,營業額也從衰退變成長。

一名台積電供應商觀察,二○○二年至二○一四年,台灣科技業外移,中國也全力發展半導體、面板業,許多外商背景的水處理業者隨之撤出台灣、西進中國,但同時間,台積電卻在台擴大投資水處理,前述幾家,就是在這段時間進入台積供應鏈的本土業者。

「但畢竟台灣的水處理廠商並不強,台積還是會不放心,」一名台積供應商回憶,「所以在那幾年,我們就是證明給他們(指台積)看,我們不輸外商!」

在本土業者的幫助下,台積電的廢水回收率一路攀至八七%,創全球半導體業之最;每片晶圓的用水量,也降至每平方公分約五公升,低於美國半導體業的十五公升、韓國的十二公升,以及台灣同業平均的七公升。

只是這樣還不夠。二○一五年,台積電進入水管理的第三階段,把目光移向廠外:民眾的生活污水、科學園區的工業廢水,能不能再變成另一種水源,甚至注資興建自己的再生水廠。

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商業周刊第1745期

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大乾旱碰上晶片最狂缺貨 揭台積電 19年造水戰

商業周刊

2021/第1745期