用水量急遽增加 發展水資源管理技術成半導體大廠戰略指標《日經》指台積電自建水再生系統「超純水」採用日本技術

 

水對人類生存至關重要，對於半導體製造過程中也同樣不可或缺。根據《日經》報導，半導體需求增加，製造過程中不可或缺的水的消耗也在上升。近年來各公司都在加強處理廢水和再生水的利用。

以下為《日本經濟新聞》全文報導：

相當於2500萬次10分鐘的淋浴——這是全球擁有六成市佔率的半導體代工企業台灣積體電路製造（TSMC）在其三個主要生產基地，每天消耗的水量（25萬噸）。隨著生成式AI（人工智慧）的普及，半導體需求增加，製造過程中不可或缺的水的消耗也在上升。根據《Semiconductor Digest》報告，韓國和日本等全球主要五個國家的半導體產業，每年的用水量皆超過1000億公升。

 

將各公司的設備投資與主要製造商的用水量進行比較，可以明顯看出兩者的關聯。台積電的用水量到2022年為止持續增加，2023年全年消耗了約1000億公升的水。作為「寬頻記憶體（HBM）」的主要生產商，韓國SK海力士的用水量在2018年至2021年的三年間增長了30%。

 

如同水對人類生存的重要性一樣，水在半導體製造過程中也不可或缺。然而，水的供應狀況有時會受到氣候條件的影響。例如，2021年台灣遭遇了56年來的少雨，台積電不得不向工廠派遣送水車作為緊急應對措施。

 

因此，近年來各公司都在加強處理廢水和再生水的利用。2022年，台積電在南部台南設立了首座自建的再生水廠，每日可供應約2萬立方公尺（2萬噸）水量。台積電還計劃在美國亞利桑那州的新廠設立再生水廠。「我們將致力於發展水資源管理技術」（副總經理莊子壽）。

 

台積電目標在2030年前，將再生水在用水中的佔比從目前的12%提高至60%以上。SK海力士也致力於水的再利用，2023年從外部取得的水量比前一年減少了5%，為1億654萬噸，而再利用的水量則增加了20%，達到5808萬噸。

 

這些措施「不僅透過減少水的購買量來降低（生產的）風險，也有助於提升利潤率」（英國巴克萊銀行），因此獲得了市場的高度評價。

 

「超純水」需求上升

 

半導體工廠特別需要的是經過極限去除礦物質和溶解氣體等雜質的「超純水」。在矽基板上形成精細電子電路的各個步驟中，清洗附著的化學物質等過程需要使用超純水。在數百個半導體製造步驟中，清洗工序約占3～4成。「隨著晶片的尺寸縮小且技術提升，對水的純度要求也越來越高」（英國Impact Asset Management高級投資組合經理人賈斯汀·溫特）。

 

目前全球超純水市場的規模約為80億美元（1.1兆日圓），預計未來5年每年將以約10%的年增長率持續擴大。

 

主要的市場玩家包括大型化學公司等。美國杜邦公司擅長提供針對半導體及醫療產業的超純水製造技術，根據需要去除的雜質類型，使用多種過濾器及裝置，如反滲透膜和離子交換樹脂，以提升水的純度。為加速水業務的成長，杜邦公司已宣布計劃在2024年5月將水相關業務從主體公司分離並上市。

 

法國的威立雅公司（Veolia）也向製造業等提供反滲透及電去離子化（EDI）等超純水製造技術及監控服務。2022年，威立雅以約260億歐元收購了其競爭對手、同樣從事超純水分析系統的法國蘇伊士集團（Suez），擴大了其市場份額。

 

此外，也有擁有新技術的新興公司成立。2013年成立的美國新興企業Gradiant，開發並取得了自有專利的超純水製造方法。其代表性技術是稱為「載氣萃取」（CGE）的水處理技術，使用稱為載氣的非凝結性氣體來提取高純度水。與傳統的反滲透或蒸發等水處理方法相比，這種技術具有更高的能源效率。

 

Gradiant的高技術力廣受評價，2023年該公司從英國投資公司Centaurus Capital等籌得了2億2500萬美元，企業估值超過10億美元，成為「獨角獸」企業。據悉，該公司在2024年上半年從美國美光科技公司及瑞士意法半導體等主要半導體企業獲得了總計約5億美元的新訂單。

 

日本企業的水製造技術

 

在超純水的製造方面，日本企業的技術展現了不小的影響力。奧爾加諾（Organo）為半導體製造商等提供超純水製造裝置及管理服務，利用樹脂膜和化學品去除雜質。台積電（TSMC）是奧爾加諾超過20年的客戶，該公司的水處理工程部門銷售額在過去10年增長了約3倍。奧爾加諾也參與了致力於國內量產最先進半導體的Rapidus工廠建設。儘管有聲音指出「訂單系統無法滿足需求」（外資券商分析師），但業績增長的期望使得該公司股價自2019年底以來上漲了超過4倍。

 

同樣引人注目的是專注於純水等半導體製造清洗工程設備的野村微科科技（Nomura Micro Science，6254）。該公司的海外銷售比率高達約七成，特別是對韓國三星電子的銷售成績顯著。根據市場預測（QUICK共識），該公司在2025年3月的合併淨利預計為89億日圓，是五年前的約7倍。股價較2019年底相比上漲了約10倍，成為「Tenbagger」股票。

 

KPMG FAS的准執行役員合夥人岡本指出：「具有高附加價值的日本企業零件和設備在海外製造商間也備受推崇。」

 

從海洋和大氣中「造水」

 

「我們在杜拜的海水淡化項目中取得了成功。」法國威立雅（Veolia）集團首席執行官埃斯特爾·布拉希利亞諾夫（Estelle Brachlianoff）在8月的財報會議上如是說。

 

作為全球最大的水業務公司，威立雅專注於建設將海水淨化為淡水的工廠。今年5月，該公司宣布在杜拜簽署了一項3.2億美元（約450億日圓）的大型合同。包括海水淡化在內的業務部門，2023年12月的營收達到57億歐元（約9234億日圓），是2018年12月的約2倍。

 

據說地球上97%的水是海水，如果能將海水轉化為淡水使用，將有助於解決水資源短缺問題。全球的海水淡化廠數量不斷增加，中東地區的大型建設計劃接踵而至。威立雅計劃從2025年起在阿聯酋阿布達比運營一個大型的海水淡化工廠。阿聯酋被認為是飲用水主要來源於海水的高需求地區，該工廠每天將生產55萬立方米飲用水，供應約21萬戶家庭。

 

威立雅股價自2019年底以來上漲了約三成，股息收益率高達4.14%。由於該公司涉足水道等具高公益性的業務，也被視為防禦性投資標的。

 

中東地區的企業也在水資源領域崛起。沙特阿拉伯的Aqua Power公司在9月初宣布，將在阿聯酋的沙迦建設一座大型海水淡化廠，能夠供應140萬人飲用水。該公司也在巴林和阿曼等國展開海水淡化廠業務。該業務部門的營業利潤在2023年達到4億美元（約580億日圓），相比2018年增長了17%。自2021年上市以來，股價已上漲了約6倍。

 

在海水淡化領域，日本企業的影響力也在增加。KPMG FAS的岡本指出：「日本企業在反滲透膜領域擁有很高的市佔率。」要將海水轉化為淡水，需要在工廠內去除鹽分和泥沙等不需要的物質，而反滲透膜在此過程中是不可或缺的。通過加壓將水推過膜，去除不需要的物質。

 

東麗（Toray）公司將反滲透膜（RO膜）出口到中東等地區，並致力於提高RO膜的性能，將使用壽命延長至傳統產品的約兩倍。該公司今年在中國推出了這一新產品，並計劃將其引入其他國家和地區。

 

除了海水，從大氣中收集水分並生成水的大氣水生成設備（AWG）也引起了關注。由於AWG不受地點限制，因此在斷水等災害時可以作為基礎設施發揮作用。根據Global Information的報告，AWG市場到2030年將比2023年增長約6成，達到48億美元（約7000億日圓）。

 

以色列的新創公司Watergen開發了一款家庭用AWG設備，每天最多可以生成30公升飲用水。在日本，Aqua Tech（位於東京品川）推出了一款從空氣中生成水的飲水機。

 

IoT技術助力減少浪費

 

解決水資源短缺問題的另一個關鍵在於如何無浪費且高效地利用水資源。全球面臨農業用水浪費及水管漏水等諸多問題。越來越多的企業正進入「智慧水管理」市場，利用技術來管理水資源使用。

 

美國Valmont Industries公司銷售灌溉設備，可有效減少用水量。該設備將從河流或井中抽取的水集中到設備中央，並通過安裝有多個噴灑器的長管道噴灑水。管道的末端裝有輪子，設備可移動，能夠均勻地灌溉。該灌溉設備還可以通過智慧手機進行操作，根據天氣情況調整灌溉量，能夠比傳統灌溉方法節省25%至50%的水資源。

 

該公司在北美地區灌溉設備的銷售增長推動了其業績，2024年4至6月的營業利潤達到1億4730萬美元，同比增長10.2%。該公司股價自2019年底以來上漲了約9成。農業用水占全球淡水使用量的70%，需求預計將持續增加。

 

全球老舊水管的問題也日益突出，漏水問題嚴重。雖然有必要提前檢測異常，但依靠人力檢查遍布各地的水管存在困難。

 

美國Xylem公司在超過150個國家銷售水質檢測設備及泵，該公司推出的漏水管理系統，能夠利用聲波和傳感器自動檢測水管異常。

 

還有企業利用衛星數據檢測水管異常。以色列的新創公司Asterra利用衛星獲取的影像數據，提供檢測埋藏在地下的水管漏水服務。通過衛星（例如日本宇宙航空研究開發機構的「ALOS-2」）從600公里高空發射電磁波，並利用獨特的演算法來分析反射特性，可在半徑100米的範圍內鎖定疑似漏水區域。該服務已經在64個國家發現了超過10萬起水管漏水。

 

在日本，被認定為漏水疑似區域的地點中，約有五成實際發現了漏水問題。傳統的音聽方式調查每天每人最多只能發現2起漏水，但使用衛星服務後，發現數量增至每天6起以上，調查週期也從1至4年縮短至每季度一次。

 

「企業節水行動正在擴大。」Aqua Sphere水資源教育研究所代表橋本淳司表示。全球企業逐漸意識到節約水資源對投資者及當地社區的影響，並開始有效利用水資源。企業生產活動中使用的水量巨大，因此節水帶來的效果也相當可觀。

 

水處理大廠栗田工業為高耗水產業提供節水支援。在一家隸屬於大型化學製造集團的中國企業中，通過回收冷卻塔排出的水、雨水和鍋爐設備排出的水，並使用膜處理設備處理至冷卻水的水質標準，實現了再利用，將工廠整體的工業冷卻水使用量減少了約70%。

 

WOTA（東京・中央）則計劃量產一種能自動過濾和殺菌用於浴室或廁所的雨水，使其根據不同用途再生循環使用的設備。此設備主要針對水道基礎設施維護成本較高的山區和島嶼地區，開發了家庭用的水循環系統。

 

對於導入該系統的自治體來說，效益非常顯著。這種系統不需要耗費每公里超過1億日圓的大規模管道工程，甚至在過去每戶需花費數千萬日圓進行水道基礎設施整備的山區，也可以將系統的導入成本壓低至每戶幾百萬日圓。據估算，在愛媛縣伊予市的部分地區，40年內的費用可節省約4成。從2023年開始，WOTA已經在東京都利島村和愛媛縣的3個市進行效果驗證，並計劃於2024年7月在加勒比海的安提瓜和巴布達展開實驗。

 

根據Aqua Sphere水教育研究所的橋本淳司所言，「智慧水管理市場是近年才剛起步的潛力市場」。如果能夠及早發掘具潛力的企業，未來有望獲得高額回報。

 

 

 

（圖片來源：三立新聞、維基百科）