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一種溫室氣體的排放量至少比先前估計的要高出四倍,這種溫室氣體的行星變暖能力是二氧化碳的17,000倍。三氟化氮 (NF3) 主要被半導體工業用於清潔製造矽晶片的腔室。該行業過去估計,大部分氣體在清潔過程中被消耗掉,只有約 2% 逸入空氣中。但是,最近發表在地球物理研究快報雜誌上的首次大氣中三氟化氮水平的測量結果表明,排放量可能高達 16%。
結果可能不會立即產生影響——目前,三氟化氮在全球變暖效應中僅佔 0.04%,而全球變暖效應主要是由燃煤發電廠和汽車等來源排放的二氧化碳造成的。然而,隨著平板液晶電視在美國客廳中普及,以及新興的薄膜太陽能電池產業的興起,將需要越來越多的這種氣體;三氟化氮在這兩者的製造過程中都被用作清潔劑。
加州大學爾灣分校的大氣化學家Michael Prather表示,這種氣體的產量幾乎每年翻一番,他今年早些時候曾預測,排放量可能會超過該行業聲稱的只有 2% 的氣體釋放到大氣中的說法。
儘管該氣體具有潛在的後果,但它不受監管,電子公司也不需要記錄他們使用或排放了多少。“沒有人真正知道使用了多少[三氟化氮]……我們不知道生產了多少,也不知道[排放率]是否正確,”加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋研究所的地球化學家Ray Weiss說,他是這項新研究的負責人。
排放資料因詢問物件而異。半導體行業在 1980 年代後期開始使用三氟化氮作為更環保的替代品來清潔晶片製造裝置。製造積體電路涉及在矽晶圓上沉積半導體和金屬等材料層。這些材料也會粘附在腔室壁上。因此,在沉積每一層後,將三氟化氮泵入腔室並分解,釋放出高活性氟原子來清潔腔壁。位於賓夕法尼亞州艾倫鎮的空氣化工產品公司 (Air Products and Chemicals, Inc.) 生產了全球三分之一的三氟化氮,該公司聲稱,大部分氣體在過程中被利用,剩餘的氣體被捕獲並在特殊的廢物處理系統中銷燬。
但 Prather 說,由於缺乏監管或監管監督,矽晶片製造設施中的情況只能靠猜測。廢物處理系統可能被設計為銷燬 97% 的氣體,但這是在理想條件下。“大多數[半導體制造商]都無法實現這一點,因為他們正在趕生產進度,”他說。儲氣罐本身可能會洩漏,或者在運輸和處置過程中處理不當。此外,製造商甚至可能沒有使用控制措施。“存在一系列事件,所以我不認為 2% 到 3% 的[排放]是真實的。”
Weiss 的研究為 Prather 的擔憂提供了證據。大氣中三氟化氮的濃度約為萬億分之 0.5,這使得測量非常困難。Weiss 必須蒸餾、加熱空氣樣本並透過吸附劑,以去除可能汙染極其靈敏的檢測器的二氧化碳和氪等氣體。他發現,2006 年排放了約 563 公噸三氟化氮。根據他的測量,他計算出 2008 年的排放量已增加到 620 公噸,這約佔 Prather 估計今年將生產和使用的 4,000 公噸的 16%。
隨著三氟化氮使用量的增加,排放量將升級。德國慕尼黑林德集團(三氟化氮生產商)的全球營銷經理 Steve Pilgrim 表示,雖然晶片製造腔室的大小約為冰箱大小,但用於製造LCD 面板的腔室大小卻像麵包車一樣大。與此同時,數千兆瓦的薄膜太陽能電池正在生產線上。“對於每兆瓦的太陽能電池板容量,您需要一噸 NF3 來清潔裝置,”Pilgrim 說。
空氣化工產品公司聲稱,全球三氟化氮的產量已達到 7,300 公噸。該公司目前正在建設一座 500 公噸的工廠,這將使該公司的產能明年達到約 2,400 噸。
一些公司正在透過採用三氟化氮的替代品來解決這個問題。東芝松下顯示器、三星和 LG 已在其部分 LCD 和半導體工廠安裝了現場生成氟氣的系統。林德公司製造的該系統將氟化氫分解為氟氣。Pilgrim 說,這比分解三氟化氮消耗的能量更少,並且沒有全球變暖的風險。然而,該系統確實需要較小的 LCD 製造商可能不願意承擔的前期成本。任何意外釋放氟氣也可能成為問題:氟氣是一種有毒且具有腐蝕性的氣體,在高濃度下會阻礙植物生長並損害牙齒和骨骼。
Prather 說,我們現在應該密切關注大氣中三氟化氮的濃度。他說,需要對電子工業施加壓力,要求其報告排放量。一個好的開始是將三氟化氮納入《京都議定書》正在監管的溫室氣體清單中,《京都議定書》旨在透過為已批准該議定書的國家分配排放限額來減少二氧化碳和其他六種溫室氣體的排放。“真正的問題是我們缺少國際報告,”他說。“我們應該立即開始報告和測量它,然後我們就會發現它有多重要。”