Energie & Industrie

Bild: Herbert Taucher, Helmut Leopold und Manfred Ruhmer mit Moderatorin Astrid Kuffner im Gespräch zu Energieeffizienz und Souveränität in der Halbleiterfertigung.

Je nach Sichtweise ist es eine Evolution oder Revolution in der Wirtschaft: Der Schritt vom klassischem Recycling zu einer echten Kreislaufwirtschaft sollte bei Computertechnologie im rohstoffarmen Europa eigentlich klein sein. Und trotzdem ist er sehr groß. Design-for-Circularity, effiziente Nutzung im Betrieb, Transparenz in komplexen Lieferketten sowie die Etablierung eines industriellen »Second Life« für Bauteile – die Umsetzung dieser Themen wird von Vorreitern wie Siemens, Infineon und dem AIT bereits hemdsärmelig in Angriff genommen.

Fakt ist, dass Nachhaltigkeit weit vor der eigentlichen Produktion beginnt. Herbert Taucher, Leiter Forschung und Vorentwicklung im Bereich Integrated Circuits and Electronics bei Siemens, betont, dass die Computerchip-Fertigung mit rund 1.000 Prozessschritten extrem energieintensiv ist, der entscheidende Hebel jedoch in der Designphase liegt. Taucher beschreibt Chipdesigns für Rechenleistung ohne Energieverschwendung – fern von der klassischen »Brute Force«-Methode im Computing. »Die Chips erfüllen dann genau das, was ich brauche – nicht mehr und nicht weniger«, beschreibt der Experte den zielgerichteten Ressourcenverbrauch. Besonders im industriellen Umfeld ist Technik oft Jahrzehnte im Einsatz. Deshalb ist die Lebensdauer von Geräten ist ein zentraler Aspekt der Nachhaltigkeit.

Den Lebenszyklus von Chips und bei Möglichkeit ihre spätere, weitere Verwendung in weniger leistungshungrigen Geräten, ist auch für Manfred Ruhmer von Infineon einer der Erfolgsfaktoren für technologische Souveränität und Innovation in Europa. Infineon ist einer letzten großen in Europa tätigen Halbleiterherstellern, mit einem Riesenwerk auch in Villach. Und für die Halbleiterbranche ändert sich der Markt unentwegt. Das Moor’sche Gesetz der Verdoppelung von Rechenleistung gilt als überholt. Die Zyklen haben sich vom 12 bis 18 Monaten auf sechs bis drei Monaten verkürzt – vereinzelt wird bereits von nur einem Monat gesprochen. Für mehr Nachhaltigkeit und Souveränität in der Leistungselektronik arbeitet Infineon mit mehr als 60 Partnern aus 15 EU-Ländern im Projekt »Moore for Power« an einem ganzheitlichen Ansatz, um nicht nur Komponenten effizienter zu machen. Das Ziel ist, das gesamte System bis in die Lieferketten mit Lieferanten und Forschungspartnern zu optimieren.

Auch im Bereich der energiehungrigen KI-Rechenzentren sieht Infineon-Manager Ruhmer, der Forschung und Entwicklung im Bereich Ökosysteme verantwortet, Potenzial durch strategische Partnerschaften, zum Beispiel mit Nvidia. Jedes Zehntelprozent weniger bei zu erwarteten Leistungsmengen im Giga- und Terawatt-Bereich hilft . Man verknüpft für neue Lösungen Know-how aus den USA mit dem Know-how der alten Welt.

Schmerzhafte Abhängigkeit
Helmut Leopold, Leiter des Center for Digital Safety & Security, Austrian Institute of Technology, sieht die Abhängigkeit Europas in vielen Technologiebereichen von asiatischen Produzenten absolut kritisch – und illustriert das am Beispiel Quantentechnologie, die bereits bei Verschlüsslungen in der Nachrichtentechnik zur Anwendung kommt. »Obwohl Österreich hier mit Nobelpreisträger Anton Zeilinger wissenschaftliche Pionierarbeit geleistet hat, kommen mit Stand heute 100 Prozent der Lieferanten nicht aus Europa«, betont er. Er spricht von einem »typischen Beispiel« für Innovation aus Europa: »Wir haben es erfunden, wir haben es gemacht, aber es gibt keinen europäischen Hersteller.«

Das AIT arbeitet jetzt mit Partnern am Aufbau von Lieferketten in EU. Diese Abhängigkeit betrifft nicht nur fertige Chips, sondern zunehmend auch die Grundmaterialien. Leopold warnt davor, dass Großverträge asiatischer Hersteller die Kapazitäten für Wafer-Produzenten auf Jahre im Voraus auslasten könnten, was europäische Erfinder ohne Material zurücklassen würde. Er plädiert dafür, die Rohstoffe, die bereits in Form von Elektronikschrott in Europa vorhanden sind, systematisch zurückzuholen, anstatt sie zu deponieren oder zu verbrennen.

Frage der Nachfrage
Doch warum investiert Europa nicht massiv in eigene hochmoderne Fertigungsstätten, sogenannte »Foundries«? Das Problem ist die Marktstruktur: Eine Foundry zu bauen kostet mindestens 15 Milliarden Euro. Die eigentliche Herausforderung aber ist ihr Betrieb. Eine Fabrik muss nahezu bei 100 Prozent ausgelastet sein, um kommerziell rentabel zu sein. Es ist ein klassisches Henne-Ei-Problem, fehlt es doch aktuell an der Nachfrage durch eine genügend große Anzahl an Herstellern. Auch aus diesem Grund fokussiert das politische Rahmenwerk »EU Chips Act« auf den Aufbau einer Anwenderindustrie. Für einen prosperierenden Chipmarkt sind Hersteller von Server- und Rechenzentrumstechnik wichtig, aber auch Smartphone-Produzenten und viel weitere Hightech-Spezialisten. Bis dahin fehlt ein lokaler Absatzmarkt für die fortschrittlichsten Chipstrukturen.

Datenräume und Produktpässe
Damit eine echte Kreislaufwirtschaft entstehen kann, braucht es laut Expert*innen messbare Daten statt bloßer Absichtserklärungen. Manfred Ruhmer erläutert, dass Infineon klare Ziele verfolgt, etwa die Reduktion von Treibhausgasemissionen von der Basis 2019 um 72 Prozent bis 2030. Essenziell sei auch die Bestätigung und Validierung durch externe Agenturen wie den »Dow Jones Sustainability Index«. Es geht um Zielsetzungen wie Kreisläufe mit wiederaufbereitetem Abwasser oder Effizienzen in chemischen Prozessen in der Leiterplattenfertigung. Das Unternehmen setzt dabei auf transparente KPIs fürs Management und weitreichendes Datenmaterial aus Umwelt- und Energiebereichen.

Nachhaltig gestaltet das große EU-Projekt des digitalen Produktpasses die Produktion von Technik und ihre Lieferketten. Ähnlich der Kennzeichnung von Lebensmitteln gibt eine maschinenlesbare Kennzeichnung genau an, welche Materialien in welcher Weise verbaut worden sind. »Ohne diese Grundlage ist ein effizientes Recycling von Technik unmöglich«, weiß Helmut Leopold. Ein ähnliches Modell für Verbrauchsdaten wird mit modernen Datenräumen im Rahmen von der europaweiten Initiative Gaia-X entwickelt. Das Ziel ist ein souveräner Datenaustausch, bei dem jeder Hersteller die Hoheit über seine Daten behält, diese aber nach gemeinsamen Spielregeln in einem Ökosystem teilt, um zum Beispiel die Reparatur und Wiederverwertung von Fahrzeugen zu ermöglichen.

Für Herbert Taucher bietet der »Digital Battery Passport« mit den »Digital Nameplates«, die bereits für Batterien zur Anwendungen kommen, eine gute Möglichkeit, um den Fußabdruck von Produkten über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg zu erfassen. Besonders die Elektronik auf der Leiterplatte mache oft 85 Prozent der Gesamtemissionen eines Produkts aus, so Taucher. In den nächsten Jahren sind die fortschreitende Miniaturisierung von Technik und effizientere Anordnungen von Funktionen und Prozessen in den Chiparchitekturen die größten Hebel für geringeren Energieverbrauch. Taucher empfiehlt zudem die Anpassung der Regularien, um gebrauchte, aber aufbereitete (»refurbished«) Industriegeräte einfacher zurück in den Markt bringen zu können, da einzelne Komponenten oft Jahrzehnte überdauern könnten.

Gerade in KI-Rechenzentren, wo Chips zu 100 Prozent unter Volllast laufen, zahlt sich Manfred Ruhmer zufolge die hohe europäische Fertigungsqualität aus, denn minderwertige Produkte sind diesen Anforderungen nicht gewachsen. So liefert auch technologische Exzellenz einen direkten Beitrag für einen grüneren Chip-Lebenszyklus.

Hintergrund
Das Innovationsmagazin hi!tech von Siemens Österreich feiert dieses Jahr sein 30-jähriges Bestehen. Anlässlich dieses Jubiläums hatte Siemens zu einem Paneltalk rund um das Thema Elektronik und Computerchips geladen. Die Leitung bei Siemens global für den Bereich Integrated Circuits and Electronics ist in Wien. Die Keynote von Patricia Neumann, CEO der Siemens AG Österreich (Bild 4. v. l. gemeinsam mit hi!tech-Chefredakteur Christian Lettner 3.v.l.), setzte den Ton für die Debatte um Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit in Europa: »Nachhaltigkeit bei Chips entscheidet sich nicht in einer einzelnen Phase – der größte Hebel liegt im System aus Lieferkette, Fertigung, Nutzung und Rückführung«. Anhand des Siemens Elektronikwerks Amberg zeigte sie, wie Skalierung und Dekarbonisierung zusammengehen: Seit 2015 konnten die Treibhausgasemissionen dort fast halbiert werden, bei gleichzeitig rund 70 Prozent mehr Produktion und jährlich etwa 17 Millionen gefertigten Industriekomponenten.