电子废物的可持续再利用和回收每年变得更加重要。随着技术在全世界范围内变得越来越普及和普及,电子垃圾的产生率也随之直接增加。计算机的心脏是中央处理单元或CPU。我们认为电子废物的许多产品都包含某种处理器。为了保护环境免受日益严重的电子废物堆积问题的影响,必须满足 CPU 废物生命周期中再利用和回收的潜力。
在 CPU 的众多生产环节中,重点介绍硅输入和蚀刻过程中使用的化学品。硅在 CPU 中发挥着至关重要的半导体作用。这允许电压在 CPU 内传输。CPU 制造商外包硅锭的生产,随后将硅锭转变成制造发射器的晶圆。制造硅锭的具体细节尚不清楚,因为它是一种专有工艺。然而,在该过程的最后,会生产出非常纯的硅锭,然后 CPU 制造商将其切成晶圆。一旦这些晶圆被抛光,就可以进行蚀刻了。蚀刻为使用单个 300 毫米直径晶圆制造许多晶体管奠定了基础。硅晶片的顶层被氧化形成二氧化硅,起到绝缘体的作用。通过使用一系列化学物质部分溶解二氧化硅,留下蚀刻的基底以沉积铜离子。
然后将晶圆进一步切成各种芯片,这些芯片根据芯片在晶圆上的位置进行排序。一般来说,外模具的质量较差,而内模具则用于军用和医疗级电子产品。然后将这些单独的芯片包装到消费者购买的外壳中。然后对最终产品进行测试并根据其性能进行“分类”。分箱过程是确定最终时钟速度和缓存大小的过程。虽然架构有很多变化,如“x86、ARM、DRAM、SoC、ASICS”,但差异“仅存在于布线中”,而 CPU 生产中的其他步骤几乎相同。注意到这一点很有用,这样我们就可以对 CPU 的浪费进行更广泛的概括,而不管它们的特定架构如何。
根据“英特尔处理器中回收半导体的可行性”来源中的计算,可以根据 EPA 2009 年的调查计算出 CPU 中使用的硅量。2009 年,仅美国就销售了 72,750,000 台计算机。高端英特尔 i7 处理器于 2009 年发布,芯片尺寸为 263mm 2。由于处理器芯片尺寸呈下降趋势,并且通常随着价格上涨而变小,因此我们可以放心地使用该区域,因为我们对硅数量的计算将基于较小尺寸的芯片。一般硅片切片的厚度为1-2mm。如果我们采用该厚度的下限,并且给定硅密度为 2.65g/cm 3 ,则一个处理器芯片将具有大约“0.697g 高纯度硅”。这导致美国每年为台式机和笔记本电脑的 CPU 生产约 50700 公斤硅。
在IBM的PELM(产品报废管理)计划中,他们能够回收76%的“2014年投放市场的IBM IT设备”,只有0.5%“送往垃圾填埋场或焚烧”。我将使用这个数字以及 CPU 中的硅必须经过一系列步骤来去除污染的事实,这会导致大约 1.5% 的硅因净化而损失。回收和纯化 CPU 硅片总共会导致大约 2% 的硅片损失。这意味着根据我们之前计算的值可以回收 49,686 公斤硅。从这个计算来看,回收硅应该是解决 CPU 硅废料的一个可行的解决方案。问题是如何激励公司实施 CPU 生命周期的最后一步。英特尔似乎没有回收计划来回收其处理器。这很令人不安,因为它们目前在微处理器市场上拥有约 80% 的市场份额。一般来说,消费者不会单独购买CPU,除非他们打算构建自己的计算机。英特尔很可能依赖戴尔和惠普等公司为包含英特尔 CPU 的预制计算机提供自己的回收计划。然而,必须推动所有大公司为其产品提供报废选项。
蚀刻过程需要许多腐蚀性和危险化学品,在处置前需要进行适当处理。硫酸、氢氟酸、硝酸和磷酸等酸用于蚀刻和清洁晶圆。腐蚀性废物在现场“基本酸中和系统”中进行处理。一旦 pH 值调整到 6 到 10 之间,废物就可以排放到公共污水设施中。氢氟酸是蚀刻掉二氧化硅以放置铜线的关键成分。它必须在“氟化物沉淀系统”中进行处理,其中氟化物与水分离,从而中和危害并形成氟化钙饼,将在垃圾填埋场处置。CPU 生命周期的这个阶段是使用危险化学品最多的阶段。芯片制造商有责任遵守化学法规,以便正确处置它们。
在以下统计数据中,纳入了 EPA 原始调查中与 CPU 生命周期最相关的产品。2009 年,38% 的计算机和 8% 的移动设备被回收,而 2006 年分别为 5% 和 2%。与这些年产品销量的大幅增长相比,回收利用的微薄增长更为引人注目。2006年,表2所列产品净销量为224,820,000台。2009年,产品净销量为288,550,000台。这意味着 2006 年回收了 29,613,600 台,2009 年回收了 44,933,000 台。虽然销量增加了近 6400 万件,但回收量仅增加了约 1500 万件。电子垃圾回收习惯似乎并没有随着我们的消费习惯而增加。
这一数字的很大一部分来自于移动设备。随着 2007 年 iPhone 的发布,这些年标志着智能手机上升趋势的开始。所有这一切的结论是,我们对电子垃圾的回收习惯必须加以改善,以平衡日益饱和的包含 CPU 的电子产品市场。但在未来几年,这将是一个重要的命题,以便我们可以确定电子垃圾问题是否得到了妥善处理。
电子垃圾每年以百万吨的速度增长 5%。其中大部分来自北美和东亚。STEP 代表“解决电子垃圾问题”,是一个致力于教育生产者和公众了解日益严重的电子垃圾问题和可能的解决方案的组织。他们的第一个主要想法是实施 EPR(生产者延伸责任)系统。这意味着生产者而不是消费者负责产品的报废管理。STEP 认为,生产商应该实施回收系统,其核心目标是激励设计,强调再利用和回收,因为知道产品将返回公司。这将有助于推广他们的第二个主要理念循环经济。由于资源枯竭对我们的集体消费率构成持续威胁,STEP 预测,随着资源变得稀缺和价格上涨,公司将有更大的动力回收其产品和同一类别的产品。这将创造一个比当前状况更可持续的循环。
妥善处理电子垃圾是一个艰难的过程,仅靠消费者无法实现。在对CPU回收的研究中,很难找到专门针对该主题的文章。一般来说,CPU 被抽象化,有利于指代计算机和移动设备。如果生产商能够为其产品提供回收计划,那么社会将走向可持续的循环经济,其中电子废物会再次被视为资源,而不是回收之后提取了黄金,其余全部丢弃。