De microchips die in alle duurzame technologie zitten zijn afhankelijk van een van de meest gespecialiseerde en kwetsbare productieketens ter wereld. Zowel China als de VS willen koste wat kost voorop lopen met deze technologie, die van enorme strategische waarde is. Als gevolg is de strijd om de productieketen te controleren steeds heviger aan het worden. Wat voor risico vormt dit voor de energietransitie?

De duurzame technologie die onze oude fossiele apparaten moet vervangen is niet alleen schoner, maar ook veel slimmer. Slimmer betekent echter ook meer elektronica, en specifieker: meer microchips.

Microchips, ook wel halfgeleiders genoemd, zitten in vrijwel alle moderne elektrische apparaten. Een microchip bestaat uit een klein plakje van een halfgeleidend materiaal (silicium), met daarop een enorm aantal minuscule elektrische circuits (transistors). Dit circuit vormt het ‘brein’ van een apparaat, en hoe meer transistors je op een chip kunt printen, hoe slimmer het apparaat wordt.

Microchips zijn over de laatste vijftig jaar exponentieel krachtiger geworden (een fenomeen dat bekend staat als de Wet van Moore). Omdat de technologie zo razendsnel veroudert is er globaal een ware wedloop ontstaan om de beste microchips te kunnen produceren en zoveel mogelijk van de productieketen in handen te krijgen. Met name op militair gebied zien grootmachten als China en de VS het als een cruciaal strategisch voordeel om de beste microchips te hebben.

Zo heeft de VS China beschuldigt van verschillende pogingen om technologie van bedrijven te stelen, recentelijk nog bij het Nederlandse ASML. Als reactie heeft de VS verschillende restricties geplaatst op het exporteren van cruciale onderdelen voor microchipproductie naar China. Ook de EU heeft onlangs een stap gezet om een speler te worden op het gebied van microchips, met de European Chips Act.

Een tekort aan microchips zou de uitrol van zonnepanelen en andere duurzame technologie flink kunnen vertragen. Een tekort aan microchips zorgde zo in 2021 al voor problemen bij PV-producenten. Daarom kijkt Solar365 in dit artikel naar de productieketen van microchips en waar de potentiële risico’s zitten.

Specialisatie en kwetsbare schakels
De productieketen voor microchips is een van de meest gespecialiseerde en kwetsbare ter wereld. Chris Miller, historicus en schrijver van Chip War, beschrijft het als volgt:

“Geen ander onderdeel van de (globale) economie is zo afhankelijk van zo’n klein aantal bedrijven. Chips uit Taiwan voorzien elk jaar in 37 procent van het nieuwe computervermogen. Twee Koreaanse bedrijven produceren 44 procent van de geheugenkaarten in de wereld. Het Nederlandse bedrijf ASML bouwt 100 procent van de extreem ultravioletlithografie-machines, zonder welke het onmogelijk is om de meest geavanceerde chips te maken.”

In de productieketen van microchips spelen op verschillende plekken een handjevol bedrijven, in verschillende landen, een onmisbare rol. Als een van die schakels faalt, of in de verkeerde handen komt, ligt de hele keten stil. Dat maakt ook de vraag wie die schakels controleert belangrijk.

Om de keten beter te begrijpen helpt het om het proces in drie stappen op te delen: ontwerp, productie en assemblage (zie voor een uitgebreider overzicht de diagram van het Den Haag Centrum voor Strategische Studies, of HCSS). Met name bij de ontwerp- en productiestappen speelt geavanceerde technologie een cruciale rol. Zo zijn er een handjevol Amerikaanse bedrijven die zich volledig op ontwerp hebben gericht en daarin vooroplopen, en is de productie afhankelijk van de machines van bedrijven als ASML die de meest fijnmazige circuits kunnen printen.

China zit dan ook in een lastige situatie, nu de VS en haar bondgenoten de export van bepaalde onderdelen (zoals de machines van ASML) aan banden hebben gelegd. Tegelijkertijd krijgt de VS het aardig benauwd van Chinese pogingen om gevoelige technologie te stelen, en het feit dat zo’n groot deel van de productieketen zich in buurlanden van China (Taiwan, Korea, Japan) bevindt.

Grondstoffen
China heeft één belangrijke troef op zak in de productieketen van microchips, en dat is de winning en verwerking van de benodigde grondstoffen. Hierin verschilt de microchip productieketen niet veel van die voor andere cruciale duurzame technologieën, behalve dat de afhankelijkheid bij microchips misschien nog wel groter is.

Joris Teer en Mattia Bertolini van het HCSS beschrijven in een rapport welke kritieke metalen voor microchips nodig zijn: palladium, gallium, germanium, zeldzame aardmetalen en kobalt. Ze beschrijven verder hoe deze metalen grotendeels worden gewonnen en verwerkt in China, Rusland en de Democratische Republiek Congo (DRC).

In een survey onder 49 experts vroegen Teer en Bertolini hoe groot de kans was dat China of Rusland een exportverbod (of handelsembargo) op deze grondstoffen zou opleggen. De experts achten het ‘waarschijnlijk’ dat dit voor China binnen tien jaar reëel wordt, en ‘waarschijnlijker dan niet’ dat dit voor Rusland binnen vijf of tien jaar gaat gebeuren.

Hoe duurzaam is de ‘slimme’ energietransitie?
Een ander reëel probleem voor de microchip productieketen is strengere uitstootregulering. Nu overheden in toenemende maten emissies gaan beprijzen en reguleren, zou het produceren van microchips erg duur kunnen worden als de emissies van het proces niet kunnen worden beperkt.

Hier is het grootste obstakel het gebruik van F-gassen. F-gassen zijn superbroeikasgassen, waarvan kleine hoeveelheden die vrijkomen in de atmosfeer al een sterk opwarmend effect hebben. Deze gassen spelen volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) een belangrijke rol in het microchip productieproces bij het creëren van de elektronische circuits.

Hoewel er volgens het EPA aan oplossingen wordt gewerkt om de gassen efficiënter in te zetten, schrijft het ook dat het voortgezet gebruik van F-gassen noodzakelijk is voor het toekomstige succes van de industrie. Hoewel het volgens het EPA moeilijk is precies in te schatten wat de uitstoot van deze materialen is, neemt men aan dat tussen 10 en 80 procent van de F-gassen bij het proces vrijkomen in de atmosfeer.

Tot slot zou ook strengere ESG-regulering (environmental, social & governance) microchips schaarser of duurder kunnen maken. Het rapport van het HCSS noemt onder andere de schendingen van mensenrechten in kobaltmijnen in de DRC, en het winnen van silicium in de Xinjiang regio in China waarbij volgens de VS Oeigoeren onder dwang worden ingezet. Als er strengere eisen komen, die voor de gehele keten van producten gelden, zou dit dus effect kunnen hebben op de prijs van microchips.

Druk op alle schakels
De druk op de productieketen voor microchips gaat alleen maar worden opgevoerd door de energietransitie. Alles moet worden geëlektrificeerd, en vrijwel alle elektrische apparaten hebben microchips nodig.

Aan de ene kant is de beschikbaarheid van microchips afhankelijk van dezelfde risicofactoren als de rest van de energiesector. Overkoepelende risico’s, zoals de geografische concentratie van bepaalde cruciale grondstoffen en dreigende conflicten tussen grootmachten, spelen ook bij microchips een rol.

Anderzijds zijn er een aantal specifieke kwetsbaarheden die de beschikbaarheid van microchips in gevaar kunnen brengen. De hoge mate van specialisatie betekent bijvoorbeeld dat de hele productieketen van een relatief klein aantal landen en bedrijven afhankelijk is. Ook zijn de benodigde grondstoffen voor microchips in relatief hoge mate in handen van autocratische regimes.

De European Chips Act kan een eerste stap zijn voor de EU om de afhankelijkheid van China en de VS te verminderen. Meer productiecentra zou het aanbod van microchips op globaal niveau ook minder kwetsbaar maken. Voor de uitrol van schone technologie zoals zonnepanelen is dit cruciaal, want zonder microchips is een slimme energietransitie niet mogelijk.