Superación de los retos que plantean las PFAS en la fabricación de semiconductores

La creciente regulación de las sustancias perfluoroalquílicas y polifluoroalquílicas (PFAS) se está convirtiendo en una cuestión fundamental para las industrias de todo el mundo. Para los fabricantes de semiconductores, un sector que depende en gran medida de las PFAS para sus procesos de producción esenciales, navegar por estas regulaciones requiere soluciones innovadoras y un enfoque con visión de futuro. 

¿Qué son las PFAS y por qué son un problema?

Las sustancias perfluoroalquílicas y polifluoroalquílicas (PFAS) son una clase de aproximadamente 15 000 sustancias químicas sintéticas que se utilizan habitualmente para fabricar productos resistentes al calor, al agua, a la grasa y a las manchas. Presentes en una amplia gama de aplicaciones industriales y de consumo, las PFAS son apreciados por su durabilidad y sus propiedades químicas únicas.

Sin embargo, esta durabilidad tiene un coste. A menudo denominadas «químicos eternos», las PFAS no se descomponen de forma natural en el medio ambiente, lo que provoca una contaminación generalizada del agua, el suelo y el aire. Incluso en niveles traza, las PFAS se han relacionado con graves problemas de salud, como cáncer, disfunción tiroidea, daño hepático, disminución de la inmunidad y problemas de desarrollo. Su persistencia y movilidad les permiten recorrer largas distancias, acumularse en organismos vivos y suponer riesgos a largo plazo para los ecosistemas y la salud humana.

Abordar la contaminación por PFAS es un reto mundial urgente que requiere soluciones innovadoras para mitigar su impacto y proteger la salud pública y el medio ambiente.

Comprensión de las PFAS y su papel en la fabricación de semiconductores

En la industria de los semiconductores, las PFAS son indispensables. Se utilizan en hasta 1000 procesos a nivel nanométrico, como la fotolitografía y el procesamiento por plasma, lo que los hace fundamentales para la producción de chips. Sin embargo, las mismas propiedades que hacen que las PFAS sean valiosos en la fabricación, como su resistencia a la degradación y su estabilidad, también dificultan su gestión y eliminación de las aguas residuales.

El panorama normativo de las PFAS

La concienciación mundial sobre la contaminación por PFAS ha impulsado la adopción de normativas más estrictas en todo el mundo. En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha establecido límites estrictos para PFOS y PFOA en el agua potable, con umbrales legales tan bajos como 4 partes por billón (ppt). Para 2027, los sistemas de agua deben comenzar a realizar pruebas para detectar seis compuestos PFAS, informar los resultados en los informes anuales sobre la calidad del agua y notificar a los clientes cualquier infracción. Los sistemas deben cumplir estos umbrales para 2029, ya sea mediante soluciones de tratamiento avanzadas o fuentes de agua alternativas libres de PFAS.

Estas regulaciones municipales marcan un paso crucial en la lucha contra la contaminación por PFAS, pero también allanan el camino para una mayor rendición de cuentas en virtud de la Ley de Respuesta Ambiental Integral, Compensación y Responsabilidad (CERCLA, por sus siglas en inglés). En 2023, la EPA propuso designar el PFOA y el PFOS como sustancias peligrosas en virtud de la CERCLA, lo que le otorgaría a la agencia la facultad de exigir la limpieza, recuperar los costos de las partes responsables y exigir responsabilidades a los contaminadores. Las instalaciones que liberen más de una libra de PFAS en un periodo de 24 horas estarán obligadas a informar de estos vertidos, lo que mejorará significativamente la supervisión y las medidas de mitigación. Para las industrias que participan en la producción, el uso o la eliminación de PFAS, esta designación presenta riesgos legales y financieros sustanciales.

Para la industria de los semiconductores, que genera aguas residuales cargadas de PFAS, esto supone un reto único. Los datos de las pruebas realizadas en una planta de semiconductores de EE. UU. en 2022 revelaron concentraciones de PFAS de hasta 78 000 ppt en los flujos de aguas residuales, lo que supera ampliamente los límites reglamentarios.

Abordar las PFAS en la producción de semiconductores

Abordar las PFAS en la fabricación de semiconductores plantea retos únicos debido al uso generalizado de estas sustancias químicas en procesos de producción críticos. Hay varias vías que los fabricantes pueden considerar para abordar eficazmente la contaminación por PFAS:

1. Eliminación del uso de PFAS

Aunque la eliminación total de las PFAS puede parecer una solución ideal, en este momento no es viable para la fabricación de semiconductores. Las PFAS están profundamente arraigados en procesos críticos y no existen sustitutos fácilmente disponibles que ofrezcan el mismo rendimiento y fiabilidad. La eliminación completa de las PFAS requeriría años de investigación y desarrollo, una inversión significativa y reformas productivas que podrían causar trastornos.

2. Tratamiento específico de corrientes concretas

Otro enfoque consiste en aislar y tratar corrientes específicas que contengan altas concentraciones de PFAS. Esto implica identificar y separar los flujos cargados de PFAS del flujo más amplio de aguas residuales. Sin embargo, este método suele ser prohibitivamente caro y operativamente complejo. Los procesos de producción de semiconductores se han desarrollado y optimizado a lo largo de décadas, lo que hace que la segregación de flujos sea una tarea compleja que podría interferir en los flujos de trabajo establecidos.

3. Tratamiento del arroyo de desagüe para su reutilización

La opción más viable y sostenible para los fabricantes de semiconductores es centrarse en el tratamiento del flujo de vertidos, donde se acumulan las PFAS, para su reutilización. Al tratar las aguas residuales en esta fase, los fabricantes pueden hacer frente a la contaminación por PFAS sin alterar los procesos existentes. Este enfoque también se alinea con iniciativas de sostenibilidad más amplias, como alcanzar metas positivas en materia de agua, avanzar en los compromisos ESG y reducir el impacto medioambiental.

Desafíos con las PFAS de cadena corta

Una vez tomada la decisión de tratar las PFAS en el flujo de salida, debemos elegir el mejor método de tratamiento.  La gestión de las PFAS en las instalaciones de semiconductores presenta retos únicos debido a la variabilidad de la longitud de las cadenas de estos compuestos. Las PFAS de cadena larga son relativamente más fáciles de capturar y tratar, pero las PFAS de cadena corta, como las variantes C3 y C4, son muy móviles, resistentes a los métodos de tratamiento tradicionales y más difíciles de eliminar de forma eficaz.

Existen tres enfoques principales para gestionar las PFAS en la fabricación de semiconductores:

1. Adsorción de carbono (GAC)

El carbón activado granular (GAC) es una tecnología ampliamente utilizada para la eliminación de PFAS. Funciona bien con compuestos PFAS de cadena larga, pero tiene dificultades con las variantes de cadena corta, como los compuestos C3 y C4, cada vez más frecuentes en la fabricación de semiconductores. 

2. Resinas de intercambio iónico

Las resinas de intercambio iónico pueden ser eficaces para eliminar compuestos PFAS específicos. Sin embargo, su eficacia disminuye en el caso de las PFAS de cadena ultracorta y cuando se tratan matrices de aguas residuales complejas.

3. Ósmosis inversa (RO) o nanofiltración

La ósmosis inversa (RO) y la nanofiltración (NF) son muy eficaces para eliminar tanto las PFAS de cadena larga como los de cadena corta. Estas tecnologías de membrana pueden capturar un amplio espectro de PFAS, lo que las hace ideales para tratar aguas residuales en instalaciones de semiconductores. La ósmosis inversa y la nanofiltración también son eficaces para lograr altas tasas de recuperación, lo que respalda iniciativas más amplias de reciclaje de agua.

Argumentos a favor de la descarga líquida cero (ZLD)

Aunque la RO y la NF destacan por su capacidad para aislar las PFAS del flujo de aguas residuales, generan una salmuera concentrada que sigue requiriendo una gestión cuidadosa.

Aquí es donde la descarga líquida cero (ZLD) se convierte en una extensión natural del proceso de ósmosis inversa. Al incorporar ZLD, la salmuera concentrada de PFAS procedente de la ósmosis inversa puede tratarse adicionalmente, reduciéndola a residuos sólidos. Este enfoque no solo garantiza la eliminación segura de las PFAS, sino que también minimiza el desperdicio de agua al permitir la recuperación y reutilización completas del agua tratada.

Los sistemas ZLD complementan la RO al cerrar el ciclo de mitigación de PFAS, alineándose con las metas positivas en materia de agua de los fabricantes de semiconductores y con los compromisos ESG más amplios. En conjunto, estas tecnologías crean una solución sólida y sostenible para gestionar las PFAS de una manera responsable con el medio ambiente.

¿Qué hay de la destrucción total de las PFAS?

Si bien las tecnologías actuales se centran en eliminar las PFAS de las aguas residuales, la meta final es la destrucción total de las PFAS. Se están investigando técnicas emergentes para descomponer las PFAS en componentes inocuos, pero estas soluciones aún se encuentran en fase de desarrollo. Mientras tanto, la mejor medida es combinar tecnologías de eliminación eficaces con prácticas sólidas de gestión de residuos.

Los fabricantes de semiconductores deben tomar la iniciativa

Las PFAS son un problema crítico para los fabricantes de semiconductores, tanto desde el punto de vista operativo como normativo. Con las estrategias adecuadas de tratamiento de aguas residuales, las empresas pueden hacer frente a estos retos y, al mismo tiempo, avanzar en sus metas de sostenibilidad.

En IDE, nos especializamos en soluciones de eliminación de PFAS diseñadas a medida para fabricantes de semiconductores. Nuestras avanzadas tecnologías de ósmosis inversa y nanofiltración, respaldadas por 60 años de experiencia y más de 400 proyectos de tratamiento de agua en todo el mundo, garantizan el cumplimiento de las normativas más estrictas y contribuyen a un futuro más limpio y sostenible.

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