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台積電先進製程的未來 藏在一座台南的氫氣廠

圖片來源:黃明堂攝
圖片來源:黃明堂攝

【文:劉光瑩】

法商亞東工業氣體日前在台南揭幕全球最大超純低碳氫氣生產設備,將以再生能源電解水取得氫氣。在完工典禮上,來自台積電與美商半導體企業的代表坐滿一整排,連台電董事長楊偉甫也特別出席。這看不見、摸不著的氫氣,為何攸關台灣半導體產業的未來競爭力?

3月18日上午,在台南科技工業區,一座兩層樓高的嶄新廠房外,貼著「水電解室」、「氧氣純化室」,以及許多三角形的警示標誌,乍看是普通的工業廠房,但卻藏著半導體產業先進製程不可或缺的原料。

這是亞東工業氣體廠最新完工的超純氫氣設備,預計以再生能源供電,電解超純水產出氫氣。亞東工業氣體是全球第二大工業氣體供應商、法國液空集團(Air Liquide)與遠東新世紀集團合資,為法國在台投資最大的製造商。

氫氣究竟有什麼重要?關鍵就藏在新聞稿裡的這一句話:

「這些氫氣生產設備將滿足極紫外光微影技術(EUV)應用中,對超高純度氫氣的新興需求,並利用更環保的氫氣製程,支援台灣主要半導體產業客戶對環境與氣候的目標。」

台積電與美商半導體企業都派代表出席

誰是「主要半導體客戶」?應該不難想像。在完工典禮現場,來自台積電與美商半導體企業的代表,坐滿現場一整排位子,不言自明。

但EUV為何會用到氫氣?還要超高純度?

簡而言之,EUV光的產生,是用每秒5萬次雷射光束轟擊液態錫,過程中錫被氣化後容易沉積在EUV的反光鏡上造成霧化,影響製程。因此注入氫氣,與錫結合成氣態的氫化錫,然後被抽出腔體。

根據業界人士估算,台積電第18廠等明年全面投產後,每天的氫氣需求量高達48輛槽車。

因應將來可見的新增需求,聯華氣體也已在南科樹谷園區購置土地,將設立2座以天然氣當原料的氫氣產製設備。

亞東的綠氫廠最不同的一點,就是將向台電購買綠電,以電解超純水的方式產出超純氫氣,生產過程無碳排。

無碳排的「綠氫」,幫助供應鏈抗暖化

亞東工業氣體總裁歐柏叡(Olivier Blachier)在完工典禮上表示,一座以綠電驅動的水電解製氫設備,跟天然氣製程相比,每年可減少8000噸碳排。等到5座綠氫設備都完成,減碳效果相當於達到100萬棵樹的固碳量。

他更強調,未來3年內,法國液空集團將確保全球所有氫氣生產都來自綠色能源。3月23日,液空集團更宣布新的永續目標,要在2035年前投資80億歐元發展氫能低碳供應鏈,更預計成為全球第一個宣布達到碳中和的工業氣體公司。

至於在台南的這座電解製氫設備,預計2年內完備購買綠電的程序,屆時生產出來的氫氣,就會是無碳排的「綠氫」,有別於來自化石燃料所製成的「藍氫」(來自天然氣)與「灰氫」(來自煤)。

這為何重要?因為在巴黎協議之後,「減碳」乃至於「零碳」,已經成為全球科技供應鏈不能不正視的議題。蘋果宣布,將在2030年前使整體供應鏈達到碳中和,屆時消費者手中的每一台iPhone、iPad等蘋果裝置,生產過程淨碳排量必須為零。

這就是為何蘋果全球供應商,在生產製造與能源使用上,都盡力追求降低碳排,能減多少是多少。例如台積電至去年7月為止,就簽下1.2GW再生能源購買契約,預計可年減218.9萬噸碳排。

亞東工業氣體表示,整體綠氫設備完工並搭配再生能源生產後,與傳統製程比較,每年將減少超過3萬5000噸碳排。

台電能源轉型,氫能是最關鍵的技術

除了半導體製程需要用氫氣,在完工典禮上現身的另一位貴賓,也揭示了新的變化。

「能源轉型是台灣現在的關鍵目標,」台電董事長楊偉甫在致詞時指出,最近許多社會關注焦點都在能源轉型,包括核電議題和藻礁公投,「最後都劍指發電來源。」

他強調,全球零碳電力發展,氫能是最關鍵的技術。他沒說錯,因為過去幾年,氫氣在全球各國都成為發展重點,包括日本、韓國、中國、德國、澳洲、北歐各國,無不投入巨大資源研發氫能,用於工業製造、儲能、新能源車等,儼然成為能源轉型的要角。

「台電是國家電力公司也是台灣最大碳排來源,我們一定要探索新技術,」他更提出,希望2050年,台灣能達到零碳社會、台電成為無碳電力公司。

從全球到台灣、從半導體龍頭到國家電力公司,無不卯足全力拚減碳。正如比爾蓋茲在3月出版的新書中所說,達到零碳未來並不容易,但並非不可能,所有人與企業都必須傾全力,才能避免氣候災難。

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