Nghiên cứu mang tên “Geo-spatial prospective life cycle sustainability of InGaN and InGaP compound semiconductors” được công bố trên tạp chí Scientific Reports, là phân tích chi tiết nhất từ trước đến nay về tính bền vững của chuỗi cung ứng bán dẫn.

Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Lenny Koh – chuyên gia về chuỗi cung ứng tại Trường Quản lý, Đại học Sheffield – phối hợp cùng Đại học Cardiff, nhóm nghiên cứu đã phân tích 80 kịch bản chuỗi cung ứng toàn cầu, trải dài 11 quốc gia và dự báo đến các mốc 2030, 2040 và 2050. Mục tiêu là đánh giá tác động môi trường của sản xuất bán dẫn theo thời gian và địa điểm.

“Chất bán dẫn là trái tim của đời sống hiện đại – từ điện thoại, xe điện cho đến hệ thống năng lượng và y tế. Nhưng quá trình sản xuất lại tiêu tốn năng lượng khổng lồ và đang tăng nhanh cùng nhu cầu AI,” Giáo sư Koh nhấn mạnh.

Vật liệu trọng yếu cho AI và điện tử tiêu dùng

Nghiên cứu tập trung vào hai vật liệu bán dẫn thế hệ mới: InGaN và InGaP. Đây là nền tảng cho công nghệ trí tuệ nhân tạo, đồng thời hiện diện trong các thiết bị quen thuộc như smartphone và TV LED.

Kết quả cho thấy:

• Sản xuất tại các quốc gia có hệ thống năng lượng sạch như Anh và Mỹ tạo ra tác động môi trường thấp nhất.
• Ngược lại, các khu vực phụ thuộc nhiều vào điện than như Trung Quốc gây mức ô nhiễm cao nhất, ngay cả trong các dự báo tương lai.
• Hiện nay, phần lớn chip bán dẫn được sản xuất tại Đài Loan, Hàn Quốc và Trung Quốc, nhưng nghiên cứu kêu gọi dịch chuyển sản xuất về các quốc gia có cường độ năng lượng thấp hơn để đạt tính bền vững.

Giảm tới 70% tác động môi trường

Theo phân tích, việc chuyển sản xuất InGaN và InGaP về Anh có thể giảm tới 70% và 66% tác động môi trường trong giai đoạn 2040–2050. Các kịch bản sản xuất tại Anh, Mỹ và Đài Loan đều đạt điểm bền vững cao nhất ở các hạng mục: phát thải khí nhà kính, độc tính và suy giảm tài nguyên.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng một số công đoạn vẫn là thách thức lớn về môi trường, đặc biệt là quá trình epitaxy (tăng trưởng tinh thể) và sản xuất nền (substrate). Đây là những bước tiêu tốn nhiều năng lượng, nước và hóa chất phức tạp, đòi hỏi đổi mới công nghệ để trở nên xanh hơn.

Đáng chú ý, epitaxy của InGaN dự kiến cần nhiều hơn khoảng 80% năng lượng so với InGaP, đồng thời tạo ra lượng chất thải độc hại lớn hơn.

Thông điệp cho ngành công nghiệp và chính sách

Giáo sư Koh khẳng định:

“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy lợi ích bền vững lớn nhất không chỉ đến từ công nghệ, mà từ việc lựa chọn thông minh nơi sản xuất. Nếu được áp dụng, những phát hiện này sẽ giúp ngành điện tử và các nhà hoạch định chính sách cắt giảm phát thải, giảm ô nhiễm và xây dựng tương lai bền vững.”

Các chuyên gia đồng tác giả cũng nhấn mạnh:

• Điện sạch giúp giảm nhiều tác động, nhưng chưa đủ.
• Cần tái cấu trúc chuỗi cung ứng, ưu tiên khu vực phát thải thấp.
• Đầu tư vào vật liệu an toàn hơn, quy trình xanh hơn.
• Thúc đẩy tái chế và kinh tế tuần hoàn để giảm phụ thuộc tài nguyên.