碳排法規啟動 電源技術助用電大戶渡難關

作者 : Anthea Chuang,EE Times Taiwan

全球已開始啟動碳中和相關法規與實施碳稅的徵收計畫,「2050淨零排放」已經成為全球共同目標…

全球已開始啟動碳中和相關法規與實施碳稅的徵收計畫,「2050淨零排放」已經成為全球共同目標。第26屆聯合國氣候變化大會(COP26)中,各國領袖即針對碳交易機制進行深入討論,一旦「排碳」必須付費,將有助於政府和企業衡量減排的成本與效益。

現階段,全球已實施的相關碳稅、碳邊境稅(carbon bordertax,亦稱碳關稅)、碳交易…等,對於企業與政府而言,可有效衡量減排的成本與效益,但仍為企業帶來影響。例如:歐盟在去年公佈「碳邊境調整機制」(Carbon Border Adjustment Mechanism,CBAM)計畫;日本2012年通過的全球變暖對策稅,雖每噸二氧化碳繳付298日元的極低稅率,不過,前首相菅義偉提出「2050淨零」的目標,使日本未來也有課徵碳邊境稅的可能;而台灣也將跟隨國際腳步,即將課徵碳費、碳稅,並將《溫室氣體減量及管理法》升級為《氣候變遷調適法》,以提升台灣碳管理的效能。

除了國家級的減碳政策外,一些企業也開啟了碳中和計畫,並將之歸於企業未來永續發展的重要目標之一。包括微軟(Microsoft)宣佈目標在2030年實現負碳排,並於2050年從大氣環境中消除其成立以來的碳排量總和,以及蘋果(Apple)宣佈在2030年達到碳中和,供應鏈的碳排將納入計算;不僅如此,Google、AWS等大廠也有相關的碳排計畫,台灣科技產品供應鏈針對碳排放的改進方案若走得太慢,很可能會失去相關業務。

因此,本文將探討電源管理技術,以及相關半導體元件,如何協助台灣相關業者進行二氧化碳減排,一方面避免被科技大廠排除在供應鏈名單之外;另一方面,也能幫助台灣業者在產品出口到國外時,也能不因產品生產過程中二氧化碳排放量過高,而被課徵重稅。

不再道德勸說 碳排法規真上路

先前,各國端出的減少碳排法規,都設有「緩衝期」,即便近兩年新冠肺炎疫情猖狂在全球肆虐,也沒有降低各國推行相關減排法規的決心。根據行政院環保署引用的台達電子文教基金會資訊指出,歐盟執委會於2021年7月14日推出「fit for 55」方案,其中包含最引人注目的碳邊境調整機制(即所謂的碳關稅,CBAM),預計2023年開始3年的準備期,2026年正式施行邊境收費。

據了解,2023年起的3年CBAM重點在於:要求各出口廠商落實每年四次「資訊申報義務」(第32條),填報其出口的CBAM產品排放量(包含製造的直接排放與用電消費排放量)、出口國的碳定價資訊等,於每一季後的一個月內,向各進口國CBAM主管機關完成申報義務。歐盟各國主管機關將在每季後兩個月內將資訊提交予執行委員會(第35條),若出口商未遵行此申報義務,各國主管機關得對出口廠商進行裁罰。值得注意的是,目前CBAM草案排除對開發中國家、低度開發國家的豁免,除非如烏克蘭、喬治亞、巴爾幹半島等個別國家因其電力市場與歐盟一體,或取得與歐盟碳市場連結協議者,否則一律須受到CBAM管制。換句話說,所有想跨足歐盟市場的業者,都必須遵從CBMA的要求。

歐盟等世界各國接連推出CBAM,為跟上國際潮流,台灣產業界呼籲應儘速跟上國際腳步。因此,2021年環保署即表示,將現行的「溫室氣體減量及管理法」(簡稱:溫管法)更名為《氣候變遷因應法》,並於2021年10月預告草案,同時環保署亦儘速實施碳定價,課徵額度將與競爭對手國比較,更把2050年淨零碳排目標明確納入修法草案。預計在2022年上半年排入立法院院期開審的《氣候變遷因應法》。一旦通過,不僅台灣本土的排碳大戶將首當其衝,台灣各業界也須儘快研擬更具體的發展策略與路徑,以因應全球減能減排的浪潮來襲。

而與台灣半導體電子產業息息相關的,除了各國的碳稅、排碳法規外,科技大廠自發性的減碳策略,也對仍以代工為主、抑或身處大廠供應鏈中的台灣電子科技公司帶來莫大的衝擊與隱憂。宜特科技(iST)可靠度工程處副總經理曾劭鈞表示,減碳大浪潮即將來襲,終端品牌大廠為了因應環境永續議題,近年開始制定碳排目標,並要求下游供應鏈亦須共同減碳。

例如前述的微軟、Google、Apple…等國際品牌大廠近幾年都已設定出明確的碳中和指標,這些公司為了實現碳中和,計畫將所有業務、生產供應鏈及產品生命週期的淨碳排放量降為零。曾劭鈞認為,半導體產業鏈互動緊密,品牌大廠此舉將牽動供應鏈中的每一環節,屆時若未能符合要求的供應商,極可能流失訂單,因此「減碳」可謂已從業者過去行有餘力才進行的舉措,轉變成與企業生存攸關的大事。

 

曾劭鈞

宜特科技可靠度工程處副總經理

 

電源相關技術伸援手

眾所周知,半導體製造需要消耗大量潔淨的水與電力。台灣身為全球半導體設計與製造生產的重鎮,業者們面對全球與台灣,以及科技大廠推行的減碳政策勢必需要盡快了解,並提出相關因應政策。而為協助業者尤其是所謂的用電大戶,進一步節能減碳,以跟上全球「淨零碳排」的風潮,相關半導體、驗證業者也提出新的電源技術及產品。

  • 儲能系統 ——所需電力源源不絕

2021年底時,台灣陸續發生電廠、電塔爆炸等意外,導致大停電的狀況,而供電不足、不穩定,除了影響民生用電,也會對半導體晶圓、電子產品生產過程造成損害,因此有效「儲備電力」的方式,在台灣這樣綠能、替代能源等技術發展尚未到位,且又有供電壓力的地區來說,是相當必要並日益受到重視的。ADI業務總監汪揚指出,隨著能源需求和消費者角色的不斷轉變,儲能解決方案可望在為世界提供動力方面發揮更關鍵的作用,而這一個轉變將為從破壞環境的化石燃料轉向更清潔、更永續的電力應用奠定基礎。由於儲能系統(ESS)支援可再生能源與電網有效連接,因此能促進更大規模使用可再生能源,同時對現有電網基礎設施進行經濟高效的升級。

 

汪揚

ADI業務總監

 

所謂的儲能系統主要是透過擷取並儲存可再生能源(如風能和太陽能)來保持現代電網穩定。汪揚說明,透過緩解可再生能源面臨的間歇性問題,儲能技術將有助於消除歷史上阻礙擴大採用風能和太陽能資源的障礙,如此就可以隨時為所有用戶和應用供電,包括為電動車充電及為建築物、醫院和學校供電儲能系統,不僅可以支援高峰時段運作的電網,還可以保持現有電網基礎設施,而不存在電網過載和崩潰的風險。

舉例來說,儲能系統在工業或公用事業可因應不同目的應用:從調節太陽能和風能到能源套利,重要的是從總成本角度考慮,可以延緩投資。汪揚進一步解釋,在後一種情況下,可以利用儲能系統來滿足電網節點峰值負荷需求,確保無需付出高昂成本、升級現有輸電線路。另一個相關應用案例是離網設施,此時,儲能系統使微電網或島嶼電能能自給自足。

無論企業或是政府單位,若能建置相關的儲能設備,將可無須擔心突如其來的斷電、電壓供應不穩等狀況發生時,是否會對生產線造成損失。據了解,目前台灣一些半導體大廠,已開始,甚至早已體認到供電穩定的重要性,而逐步建置起能滿足其需求的儲能系統。

  • 變更組裝製程——LTS驗證

相關國際組織早已制定相關減碳標準,供廠商進行減碳計畫時的依據,包括ISO 14064、ISO 14067溫室氣體規範,以及ISO 50001能源管理規範,這些規範將協助企業設定節能績效。曾劭鈞認為,要達成減碳績效,對供應鏈而言,目前效果最明確且相對容易的做法是「變更組裝製程」。

其中,低溫焊接(Low Temperature Soldering,LTS)製程,是近期在減碳議題上值得關注的技術。什麼是低溫焊接製程?曾劭鈞解釋,目前市面上的組裝製程,多數是利用熔點溫度較高 (217~220℃)的「高溫無鉛製程」完成焊接組裝,不過高溫除了衍生高耗能的壞處,同時也會造成PCB,以及大型異質整合先進封裝零件變形翹曲(Warpage)。

為解決此問題,各家廠商著手思考朝「降低製程溫度」前進,而此一需求恰好與節能減碳趨勢不謀而合,讓低溫焊接技術躍上檯面。曾劭鈞並援引國際電子製造商聯盟(iNEMI)的報告指出,採用低溫焊接的產品目前雖不到1%,但在各界為展現保護地球意志的推動下,2027年將可望達到20%市佔率。事實上,宜特科技與德凱宜特(DEKRA iST)近期已紛紛接到從終端品牌大廠、系統組裝廠、PCB板廠,以至CPU、GPU晶片大廠,都前來詢問是否能夠進行低溫焊接技術驗證測試。由此可見,產業鏈上下游都已啟動,意味著導入低溫焊接已是必要作為,預期2022年低溫焊接製程市場將會大幅成長,相關供應鏈必須加緊腳步。

歸結廠商導入低溫焊接製程的動能,曾劭鈞認為,首先是減碳趨勢,採用低溫焊接製程可節能40%;第二是提升製程的良率與產品可靠度。現在無鉛錫膏所需的高溫,在製程中有可能導致主機板爆裂或IC電路斷裂,危及產品使用壽命,低溫焊接技術的低溫特色可解決此問題。

事實上,對多數業者來說,低溫焊接製程屬於新技術,無論是元件端或系統端,對於技術認知和市場規範都仍不熟悉,因此為協助台灣業者加速導入,目前宜特科技和德凱宜特已共同推出低溫焊接製程驗證平台。曾劭鈞指出,該驗證平台從測試機台、分析工具、板材與相關錫膏材料驗證,皆可透過大數據分析產業鏈中元件、板階、主機板等不同環節,以進行材料開發,並針對市場需求建置更完整相關設備,提出更符合產品驗證流程。

此外,針對減碳議題,宜特科技亦提供碳水足跡盤查輔導與驗證服務。如針對組織型溫室氣體與水足跡盤查ISO14064、碳足跡盤查ISO14067,以及溫室氣體節能ISO50001等,協助客戶進行輔導。

  • 半導體電子元件——新技術、材料

由於多半導體、電子產品製造商透過產品開發時達到碳達峰,或是減少碳排放的策略,因此半導體供應商也透過新一代的半導體功率元件,來協助業者達成目標。意法半導體(STMicroelectronics)副總裁暨永續發展負責人Jean-Louis Champseix表示,透過優於傳統矽半導體元件的寬能隙(WBG)半導體——碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)功率產品,可協助電動車(EV)馬達逆變器DC/DC、馬達控制、馬達驅動,以及工業應用能量轉換和儲能系統、家用電器、個人消費性電子產品…等效能大為提升;同時,還可讓產品具備節能減碳的功能。

 

Jean-Louis Champseix

意法半導體副總裁暨永續發展負責人

 

意法半導體並聚焦品三大應用方向,來協助市場推動降低耗能和實現碳中和。Champseix指出,在智慧出行、電源和能源管理,以及基於物聯網和5G網路技術的智慧城市和智慧運作環境等應用中,意法半導體的功率、微控制器(MCU)與安全元件,以及各種數位電源模組、IPM系統…等產品,再加上協力廠商的攜手合作,可讓客戶、廠商在節能減碳方面的實現更上一層樓,進而改變世界,落實綠色永續的未來。

除了單一半導體元件之外,汪揚表示,全面性的電源相關技術組合,可為解決環境問題帶來積極的影響。其中,包括為電動車提供動力的電池管理解決方案、以更高效率實現工業自動化的精密檢測技術,以及提升資料中心能源效率的電源保護和轉換解決方案…等。不僅如此,透過檢測、訊號轉換和訊號處理技術,可為範圍從微電網和公用事業,到資料中心和工廠的全球能源基礎設施提供支援,並進一步協助業者設計智慧、靈活、高效的系統。

以電動車為例,汪揚進一步說明,要實現零碳排放的目標,重要的任務是在永續循環經濟的基礎上建立一個完全綠色的供應鏈。首先是透過精準監控收集有關電池健康狀態的高品質訊息,進而可在電池的整個生命週期中做出明智的決策,包括無縫轉換到電池第二壽命實際應用。

此外,近期半導體業者如ADI也在有線電池管理系統(BMS)基礎上,開發出無線BMS技術。汪揚強調,透過無線BMS技術,電動車內部其無需再使用電池線束,可節省高達90%的線束用量和15%的電池組體積。除提高設計彈性和可製造性外,同時不影響電池使用壽命中的里程數和精確度,可為OEM更加靈活地將電動車平台擴展至多種車型,並提供優選的途徑,可實現彈性、可重複使用、節省成本的優勢,同時還提供支援電池組實現梯次利用所需的數據。

減排為企業永續發展先鋪路

近幾年,環境永續發展的議題已成企業未來永續經營的重點,減少碳排放、節能僅是其中的一項。汪揚認為,氣候變遷是人類社會面臨的最大威脅之一,未來這十年將是能否成功扭轉局面的關鍵。更重要是,將氣候暖化控制在1.5℃以內需要全球共同努力,且淨零碳排的目標需要整個社會與產業間合作,需要更多人參與氣候行動。

有鑑於此,目前半導體產業內的多數公司都在加快綠色製造技術的採用。汪揚強調,ADI也致力於整合優秀的工程技術與資源以因應氣候變遷衍生的挑戰,並以更積極的行動加速實現永續發展,希望透過綠色製程、綠色供應鏈等各方面的努力降低在產品製造、配送與使用過程中所可能排放的溫室氣體,達到環境永續。

自1987年成立以來,意法半導體即將「以永續方式為永續世界創造技術」做為公司的DNA。Champseix表示,意法半導體的永續發展策略分為三個部分:透過技術創新、領先的產品組合、負責任的產品和獨特產品生命週期,為永續世界創造科技,以及以人為本、保護環境。最後,則是為包括員工、客戶、投資者和合作夥伴,創造長期價值。

意法半導體計畫於2027年實現碳中和,並成為一家可使用再生能源的半導體公司。Champseix指出,自1994年以來,意法半導體的PFC溫室氣體排放量已減少78%,因此,實現碳中和應非難事。更重要的是,體認到水對半導體前段製程與後段封測的重要性,意法半導體亦持續透過升級製造技術、大量投資水淨化的方式,達到自1994年以來,將用水量減少了72%;並做到100%回收氟化物廢水的成績。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年2月號

 

 

 

 

 

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