فرایند تولید هلیوم و دلالت‌های راهبردی برای صنعت میکروالکترونیک

کمال کاویانی، پژوهشگر اندیشکده سیاست صنعتی و فناوری های نوظهور

هلیوم به‌عنوان یک نهاده راهبردی، مستقیماً محصول زنجیره LNG است و در فرآیند مایع‌سازی گاز طبیعی به‌عنوان محصول جانبی استخراج می‌شود. در فرآیند تولید ال‌ان‌جی که نتیجه تصفیه گاز طبیعی یا متان است فرصتی است که در آن هلیم به‎‎ عنوان یک محصول جانبی از گاز طبیعی جدا شود. این وابستگی ساختاری به این معناست که هرگونه اختلال در تولید یا صادرات گاز طبیعی، بلافاصله به کاهش عرضه هلیوم منجر شده و عملاً هیچ مسیر جایگزین اقتصادی برای جبران سریع این کاهش وجود ندارد.

پس از استخراج گاز طبیعی، هلیوم تنها در اختیار تعداد محدودی از بازیگران صنعتی مانند Linde، Air Liquide و Air Products قرار می‌گیرد که وظیفه تصفیه و توزیع آن را بر عهده دارند. یکی از محدودیت‎‌های فرایند تولید هلیوم، تمرکز این گاز در لایه میانی زنجیره است که ریسک‌های تأمین را تشدید کرده و بازار را به قراردادهای بلندمدت و غیرشفاف وابسته ساخته است. یکی دیگر از محدودیت های کلیدی که هلیوم را به کالایی «بحران‌پذیر» تبدیل می‌کند، عمر عملیاتی کوتاه آن (حدود ۴۵ روز) است؛ به همین دلیل امکان ذخیره‌سازی بلندمدت محدود بوده و هر اختلال در تولید یا حمل‌ونقل، تقریباً بدون تأخیر به کمبود در بازار تبدیل می‌شود و فرصت واکنش سیاستی یا صنعتی را به‌شدت کاهش می‌دهد. همچنین تولید هلیوم به شدت به زنجیره گاز طبیعی وابسته است و هر اختلال در تولید گاز طبیعی می‌تواند عرضه آن را مختل کند.

در صنعت میکروالکترونیک، هلیوم یک نهاده چندمنظوره و حیاتی است که به‌طور همزمان برای خنک‌سازی تجهیزات لیتوگرافی پیشرفته، مدیریت حرارتی ویفرهای سیلیکونی در فرآیندهای پلاسما و کنترل نشتی در محیط‌های خلأ، استفاده می‌شود؛ این کارکردها مستقیماً با پایداری تولید تراشه‌های پیشرفته گره خورده و اختلال در تأمین آن می‌تواند به توقف خطوط تولید منجر شود.

ویژگی تعیین‌کننده هلیوم در صنعت میکروالکترونیک آن است که هیچ جایگزین عملیاتی برای آن به‌ویژه در فناوری‌های پیشرفته مانند لیتوگرافی EUV و تولید تراشه‌های زیر ۷ نانومتر وجود ندارد. ترکیب ویژگی‌های فیزیکی هلیوم (از جمله دمای بسیار پایین و بی‌اثری شیمیایی) قابل تکرار توسط هیچ گاز دیگری نیست و جز از طریق تصفیه گاز طبیعی، راه‎‌حل بهینه دیگری برای تولید آن وجود ندارد.

به‌منظور کاهش وابستگی ژئوپلتیکی و کاهش ریسک‌های ناشی از تأمین هلیوم، برخی از تولیدکنندگان تراشه در سطح جهان به‌دنبال تنوع بخشی به منابع تأمین خود در کنار نصب سیستم‌های بازیافتی برای هلیوم مصرف شده در خطوط تولید خود هستند. با این حال، همه این تدابیر بعد از بحران ایجادشده در نتیجه انسداد تنگه هرمز صورت گرفت. به‌طور مثال تایوان و کره جنوبی تصمیم گرفته‌اند مشابه ذخایر استراتژیک نفت، ذخایر ملی هلیم در مخازن زیرزمینی خود ایجاد کنند تا در صورت بسته شدن تنگه هرمز، تولید تراشه‌های شرکت‌هایی مانند اپل و انویدیا متوقف نشود. در خصوص بازیافت هلیوم نیز نکته حائز اهمیت ضرورت تزریق مستمر هلیوم تازه(حدود ۲۰٪) حتی در موقعیت اقتصاد چرخشی است.

جمع‌بندی راهبردی

وابستگی کامل هلیوم به زنجیره LNG، محدودیت شدید در ذخیره‌سازی، تمرکز در بازیگران تأمین و نبود جایگزین فناورانه، این گاز را به یک گلوگاه پنهان اما تعیین‌کننده در زنجیره جهانی ریزتراشه تبدیل کرده است؛ به‌طوری که هر شوک در این بازار می‌تواند به‌سرعت به اختلال در تولید نیمه‌هادی‌ها و در ادامه، صنایع وابسته منتقل شود.