當史上最大半導體投資潮,遇上台灣半個多世紀來最大水荒,這一堂水的課題,正在教會我們,該如何重新看待風險與資源。

4月5日,台中分區限水的前一天,建國市場的魚販們,拿著黑色水管,將一個個白色保麗龍箱注滿水;5公里外,「勤美之森」建案工地,一輛剛灌飽地下水的水車,一路往西北駛去,進入台積電中科廠區。

從基層民生到高端科技的「搶水大作戰」,起源於今年春天這場台灣56年來最嚴峻旱情:4月中旬,無論中科仰仗的德基、鯉魚潭水庫,還是供應竹科的寶山等3座水庫,水位統統創歷史新低,導致苗栗與台中啟動暌違六年的分區限水。

偏偏,在這個節骨眼上,台灣科技業——尤其產值逾3兆元的半導體業,正迎來史上最旺、也是最嚴重的晶片缺貨潮。而台積電,也才剛宣布史上最高的2兆8千億元資本投入。

「如果台灣的乾旱沒有減緩,半導體生產問題恐導致蘋果、特斯拉的晶片交貨受到影響,」《霸榮》週刊(Barron's)指出。

「這是半個多世紀以來台灣最嚴重的乾旱,同時,它也暴露了這座島嶼半導體業面臨的巨大挑戰,」《紐約時報》寫道。

缺水危機迫在眉睫!
台灣乾旱週期從17年縮短為3到5年

天氣風險管理開發總經理彭啟明先前指出,從過去半世紀台灣降雨趨勢觀察,由於氣候變遷加劇,台灣的乾旱週期,已經從早期的17年、後來9年,現在已經縮短為3年至5年。

當水的供給越來越不穩定,需求端卻持續增長。過去10年,台灣的農業、民生用水雖微幅減少,但工業用水卻成長4%;單就南部地區,水利署更推估從2014年至今年,工業用水更將大增36%。


「沒有IC業者是可以不用水的!」聯電名譽副董事長宣明智向商周解釋,半導體的生產過程,從研磨、曝光、顯影、蝕刻到後續的封裝,都需要大量的水進行清洗與冷卻。簡單說,水,是半導體業不可或缺的生產要素。

面對這場缺水危機,大廠們正各出奇招。

像記憶體廠美光,就派出工程師到台中市多處建案取水、檢測其工程地下水的水質。面板廠群創,去年第4季找來水車公司「演習」,模擬若中南部停水,水車如何能在最短時間,將新竹頭前溪的水運到中科與南科。

5座水庫蓄水創新低,竹科、中科成重災區

►石門水庫
2021/4/19蓄水量:24.6%
主要供應地區:新北、桃園、新竹
重要工業區:竹科*、觀音工業區、中壢工業區

►翡翠水庫
2021/4/19蓄水量:72.3%
主要供應地區:台北、新北
重要工業區: -

►寶山水庫
2021/4/19蓄水量:17.4% (2003年以來新低)
主要供應地區:新竹
重要工業區:竹科

►寶山第二水庫
2021/4/19蓄水量:6.3% (2003年以來新低)
主要供應地區:新竹
重要工業區:竹科

►永和山水庫
2021/4/19蓄水量:5.9% (2003年以來新低)
主要供應地區:新竹、苗栗
重要工業區:竹科

►鯉魚潭水庫
2021/4/19蓄水量:6.9% (2003年以來新低)
主要供應地區:苗栗、台中
重要工業區:中科

►德基水庫
2021/4/19蓄水量:3.7% (2003年以來新低)
主要供應地區:台中
重要工業區:中科

►曾文水庫
2021/4/19蓄水量:11.4%
主要供應地區:台南、嘉義
重要工業區:南科

註:*2月1日起透過「桃園-新竹備援管線工程」通水;翡翠水庫主供大台北民生用水

資料來源:水利署防災資訊服務網、水利署南區水資源局
整理:李大任


台積電把營運威脅變機會
一場大旱點醒它,減少對自來水的依賴

除了訂水車、找地下水,全台用水最大戶——台積電,正在南科興建台灣第一座民營再生水廠,打算把整個南科的工業廢水,變成自家的工廠用水。

這背後,是一場長達19年,「為了喝牛奶而養一頭牛」的故事。

最早,台積電也不是做得那麼極致。千禧年前,台積電面對廢水,與現在多數企業無異:把廢水處理到合乎法規、對環境無害(do no harm)然後放流。儘管早期它也有做水的回收,但多是污染度低、無需過多處理的水。


進入21世紀後,兩件事,改變了它。

第一,是變遷劇烈的氣候。

2002年,千禧年第一場大旱,翡翠、石門水庫,水位雙雙創下歷史新低,竹科更因為寶山第2水庫尚未完工,首次上演水車滿街跑的景象。業者回憶,當時台積電甚至一度叫不到水車,而且旱情竟然延續到隔年。

當年台積電營收不到現在的1/8,並且才剛跨入國際競爭者眾多的點13微米製程,一旦限水,產能勢必得調降,而一台僅能載2噸水的水車,對比它上萬噸用水量,緩不濟急。「減少對自來水的依賴 ,」它如此決策。

「我們很清楚,水,會是一個讓(公司)營運無法持續的風險,」一名台積電退休主管回憶,「如果連『持續』都不行,還談什麼『永續』!」

這引發了第二件事:台積電的客戶開始關注,它是否有足夠的水生產?進而要它提出水的風險管理報告。

台積電「打水仗」的第2階段,就此展開。2002年,它建立台灣半導體業第一套洗滌塔廢水的回收系統,將占3成用水的洗滌廢水,變成能回到工廠再利用的水。這讓它的廢水回收率從多年來的6字頭跳升到73%。

經濟效益的回報,也很快速。業界人士透露,該套系統由於讓後續水處理的投藥量、污泥量,雙雙減半,因此短短半年,就全部回收逾千萬元的投資成本。

一位台積電退休主管指出,此時,台積電看待廢水,已經不是用成本的概念在思考,「而是當成另一種『水源』。」

為了能夠回收更多的水,它把廢水產生之後的管線分流,從5種分流到38種之多,以便一一處理不同製程的不同化學品。

分流的難,在於工廠興建之初,規畫者是否「未雨綢繆」。因為每分離出一種廢水,就要有一套對應的處理設備,如果廠內沒有空間,廢水被分流出來也無法處理,「所以他們在建新廠,都會預留空間,為將來做準備,」一名台積電供應商觀察。


其間,台積電也繳了不少「學費」。例如某次為了回收一種研磨廢水,它採購美國最新設備,更找外國技師駐廠半年,結果因選用的薄膜過濾效果不如預期,只好打掉重練、整組設備拆除,損失逾千萬元。

台積電投資水處理 帶起一群供應鏈小精兵

►聯宙-排放水監測系統
股票上市(櫃):否

►漢華、沃威沃、兆聯、水之源-超純水、廢水回收處理工程
股票上市(櫃):否

►長春、三福-顯影劑回收
股票上市(櫃):是

►太丞-冷卻水塔
股票上市(櫃):否

►信紘-製程廢液處理、廢水處理工程
股票上市(櫃):是

►卜力斯-壓濾機
股票上市(櫃):否

►桓達-壓力計
股票上市(櫃):是

►捷流-閥件
股票上市(櫃):是

►三錦、三泰-閥件
股票上市(櫃):否

資料來源:台積電2020年重大訊息
整理:侯良儒

扶植一連串水處理供應鏈
更自建再生水廠,把污水變水源

那次經驗給他們的學習,是建立「模廠」制度。亦即,每次想建置一套新的廢水回收系統,會在一個獨立空間裡先做模擬實驗,而不是直接在工廠裡安裝設備。

像是台積電近期發布,全球第一套的「全物理性晶背研磨廢水再生技術」,就是透過模廠開發,才導入其龍潭封裝廠。據其揭露資訊,這套設備製造商是位於桃園的卜力斯。

在第2個階段裡,像卜力斯這樣被台積電扶植的水處理業者,從上游材料、中游設備,到下游整合商都有,例如,台灣最大的閥件廠捷流、老牌化工廠三福以及長春、工程整合商信紘等。其中,三福過去7年來因為乘著台積電的翅膀,毛利率從個位數變成20%,營業額也從衰退變成長。

一名台積電供應商觀察,2002年至2014年,台灣科技業外移,中國也全力發展半導體、面板業,許多外商背景的水處理業者隨之撤出台灣、西進中國,但同時間,台積電卻在台擴大投資水處理,前述幾家,就是在這段時間進入台積供應鏈的本土業者。

「但畢竟台灣的水處理廠商並不強,台積還是會不放心,」一名台積供應商回憶,「所以在那幾年,我們就是證明給他們(指台積)看,我們不輸外商!」

在本土業者的幫助下,台積電的廢水回收率一路攀至87%,創全球半導體業之最;每片晶圓的用水量,也降至每平方公分約5公升,低於美國半導體業的15公升、韓國的12公升,以及台灣同業平均的7公升。

只是這樣還不夠。2015年,台積電進入水管理的第三階段,把目光移向廠外:民眾的生活污水、科學園區的工業廢水,能不能再變成另一種水源,甚至注資興建自己的再生水廠。

為什麼已經對自來水依賴降到業界最低的台積電,還要大費周章的建水廠?答案除了缺水的風險外,隨著製程越先進,需要的水也有如等比級數暴增。

以今年將試產的台積電3奈米廠為例,根據環評報告書,該廠每天需水量7.5萬噸,趨近整個南科園區1/4的用水量,若換算成1年用量,等於超過一座仁義潭水庫的有效庫容量。

這個動輒需要一個水庫的需求,在很難再建新水庫的台灣,等同是台積電追求先進製程路上的最大變數,「所以它必須另闢新水源,做到水資源的自足自給,」安侯建業執行副總經理、政府與基礎建設主持人陳文正指出。

為此,6年前,台積電主動找上水利署、科技同業,每季舉行溝通會議。水利署副署長王藝峰告訴商周,在溝通會議上,水利署就鼓勵台積電使用再生水,以免等待政府耗時的新水源開發,如建人工湖或水庫,影響它的建廠期程。

一名與會的台積人,也向我們透露該公司內部思考,「(建再生水廠)其實是在保險,雖然成本比較高。」成本有多高?自來水的每度水費約9元至12元,再生水費則是18元至28元。

在台積電帶動下,未來3年,台南將有3座公營的再生水廠落成,包括剛完工的永康再生水廠,將有6成水供給台積電南科廠;明年首期完工的安平再生水廠,則全部供應給台積電。

此外,台積電出資的再生水廠也將在今年底前啟動,它將接收整個南科的工業廢水,承包商是中鼎,而它找來高階廢水處理的合作商水之源,近期也被台積電列入水處理的供應商名單。

「(缺水)是全球性的問題,我們一起克服,」台積電董事長劉德音在今年3月一場植樹活動後指出。如今,台積電確實帶起一串台灣在地的水處理供應鏈。

全台水資源產值近1,500億 上、中游自主性待努力

►上游(自主性 弱)
產品與服務:材料暨零組件(如過濾膜、藥品、閥件、管件)
代表性本土業者:鉅邁、捷流、三福化、旭然、新長豐、膜旺

►中游(自主性 中)
產品與服務:設備(如流體化床、幫浦、流量計、壓濾機)
代表性本土業者:萬年清、基士德、弓銓

►下游(自主性 強)
產品與服務:工程整合、代操作(如興建再生水廠、工廠廢水回收系統、海水淡化廠)
代表性本土業者:中鼎、欣陸、山林水、國統、千附、中宇、日勝生

總產值:1,447億元

外銷產值:25億元~30億元

註:除了新長豐、膜旺、弓銓,其他皆是上市(櫃)公司

資料來源:水利署、公開資訊觀測站
整理:侯良儒


台灣水產業始終長不大!
看天吃飯心態,阻礙我們搶24兆商機

然而,將焦點移開台積電,會發現整個台灣水資源產業的年產值僅約1500億元,只占台灣製造業產值的千分之七;它的外銷產值更只有25億元至30億元,對比全球水產業高達24兆元的產值,可見台灣錯失了多麼龐大的商機。

為什麼台灣的水資源產業做不大?

「等到5月的梅雨、6月的颱風一來,警報(水情)就解除啦!」這是台灣一家傳產龍頭廠的主管,對缺水議題的回應。

「台灣確實還有很多業者,對於水,還是抱著看天吃飯的態度,」一名工業總會幹部告訴商周。

水處理設備商萬年清創辦人卓連泰分析,台灣便宜的水價、相對寬容的污水法令,是許多業者不願花大錢投資廢水回收的兩大原因,「像大陸很多地方,是直接要求企業(廢水)零排放,逼著業者必須去投資廢水回收設備。」

如果不像台積電有巨量的用水需求,台灣企業究竟該不該憂心缺水?答案是必須的,因為氣候變遷的效應已經到來。

以颱風為例,師大地科系教授鄒治華指出,隨著全球暖化加劇,過去10年侵台颱風的數量,已從每年3.6個降至2.3個,預估到了2075年,颱風數更會降至2個以下,對水庫的貢獻將越來越少。

「台灣會越來越缺水,尤其是冬天沒有東北季風(降雨)、夏天颱風越來越少的中南部,」她指出。


也就是說,台灣企業的經營風險,將隨著時間而升高,而且風險越大的區域,就是精密機械聚集的中部,以及半導體業近年不斷加碼的南部。不只製造業,包括餐飲、美髮等民生產業,也不能沒有水。

當水已經成為經濟能否持續運作的重要風險因素,我們還要繼續看天吃飯嗎?

幾乎所有的受訪者都告訴我們,台灣首先需要改變的,就是全球第二便宜的水價。台灣永續能源研究基金會執行長顧洋直言,以1度水即1千公升、僅需9元水費來看,「代表你沖一次馬桶只要兩分錢,沖5次才1毛錢,這樣誰會去節約用水?」

當這波旱情喚起大眾對水的重視,他認為,政府應把握時機調漲水價,「要合理到大家會去珍惜水的程度。」當企業對水價有感,才會有經濟誘因去投資廢水回收,進而創造台灣水資源產業更大的機會。

工研院副院長彭裕民則呼籲,台灣要建立「大水庫」、水源互通的概念,如農業廢水處理後,就讓它回流給工業使用。

以色列曾飽受缺水之苦,後來卻能成為全球處理水的領先者,做法之一,就是曾把水價提升至每度平均85元、促使民眾與企業自主節水;再者,向企業抽水稅,用於補貼水資源產業,催生出全球第一大海水淡化商IDE。台塑六輕正在興建的海淡廠,就是採購IDE的技術設備。


台積電面對水,從風險管理的角度出發,最後甚至把風險變成了資源,並扶起一串供應鏈。還有像力麗集團、友達集團,也在自家工廠「練兵」開發水處理技術,後來進一步成立子公司,到中國、東南亞爭取水商機,但其許多設備供應商仍是外商。

台灣能否化風險為資源,創造下一個兆元產業,現在,就是關鍵時刻。(🍀延伸閱讀:商周ESG與永續者同行