domingo, 25 de julio de 2021

De fanáticos y perdedores


Queridos lectores:

En los 11 años que llevo haciendo divulgación sobre el problema del peak oil me he encontrado en numerosas ocasiones con ataques, más que críticas, dirigidas contra las personas que hablamos de este tema y de la crisis energética en general. La naturaleza de estos ataques, siempre descarnados y frecuentemente groseros y maleducados, ha ido evolucionando con el paso de los años, y siempre han ido dirigidos a evidenciar las razones ocultas e inconfesables que según nuestros detractores nos mueven a los peakoilers a hablar de estos temas. Como podrán comprobar si leen los comentarios del blog de hace unos años,  a mi en particular me han acusado de estar a sueldo de las petroleras, del lobby del carbón, del lobby nuclear y, posteriormente, del lobby renovable. Hace diez años me decían que era un imbécil porque en modo alguno iba a escasear el petróleo; hoy en día, me dicen que soy un imbécil por decir que no se puede sustituir plenamente toda la energía fósil por renovable, y que aún la que se sustituya va a ser con muchas dificultades. Como ven, lo único que ha permanecido inmutable es que soy un imbécil, aunque al final se esté cumpliendo que nos vamos a ver obligados a dejar el petróleo (los más ingenuos pensarán que lo dejamos "porque queremos", "por nuestro compromiso con el planeta" y esas cosas, y no porque su producción decae ya inexorablemente).

Pero, volviendo a la naturaleza de los ataques que sufrimos quienes decimos que el decrecimiento energético y material  es inevitable, y como quiera que aparentemente ya no queda ningún lobby más al que pudiera gustarle lo que decimos, algo que me estoy encontrando ahora y que es relativamente nuevo es el calificativo de "fanático".

Este giro de guión, este paso de ser acusado de estar vendido a algún interés económico a ser tildado de poco menos de adorador del demonio y seguidor de un culto milenarista, es en realidad muy revelador sobre el punto al que ha llegado nuestra sociedad y la dificultad de digerir noticias que no le gustan.

Desde una visión salvajemente capitalista, todas las relaciones en la sociedad, las humanas incluidas, están mediadas por la consecución del propio interés. Por tanto, cuando un colectivo de personas, mayoritariamente con perfiles profesionales del ámbito de la ciencia y la ingeniería, comienzan a decir algo que descuadra con los intereses identificados como mayoritarios, se asume que lo hacen por una razón económica, que están a sueldo de alguien, que trabajan para una industria. En definitiva, que dicen lo que dicen porque esperan conseguir un beneficio económico con ello. Esto permite rápidamente apartar ciertas ideas nocivas para el interés de uno, porque "no son independientes", "están condicionadas por tal o cual lobby". A decir verdad, este tipo de situaciones pasa tan frecuentemente que desdeñar ciertas ideas porque parecen interesadas es una reacción bastante lógica.

El problema comienza cuando se evidencia que el discurso que contraria no puede comportar ningún beneficio económico. En suma, lo que contamos los peakoilers es que nos estamos quedando sin petróleo desde 2018 (sin diésel desde antes, desde 2015) y que ninguna fuente podrá substituir de manera plena al petróleo. Que estamos abocados al descenso energético y a la escasez de todo tipo de materiales (como la que ya está empezando). Que se necesita planificar correctamente la transición, la cual tendrá que ser más rápida de lo previsto. Y que el modelo de transición que se plantea hoy en día, basado en el uso masivo de combustibles fósiles, dependiente de multitud de materiales y orientado a la producción de electricidad, simplemente no es viable ni ahora ni en el largo plazo.

Sobre todo la gente que está muy metida en el tema de la transición energética actual ve estas objeciones como un "no a todo" (sin darse cuenta de que lo es "a todo lo que se plantea", no a todo lo que se podría plantear). Resulta tentador desdeñar estas críticas atribuyéndolas a un interés económico espurio, como siempre se había hecho, pero teniendo en cuenta la barbaridad que decimos los peakoilers eso tampoco cuadra. Así que hay que buscar otro motivación, una razón que permita descalificarnos e ignorar nuestras objeciones. Podría intentar alegarse ignorancia, pero eso es difícil si la gente que decimos esto tenemos un perfil técnico. Por tanto, es así como llegamos a lo de "fanáticos".

Yo encuentro curioso que personas con responsabilidad política o provenientes también del mundo académico se queden conformes con esa explicación. Ven científicos, ingenieros, profesores, técnicos, etc que les están diciendo que esta transición no es posible y la explicación a tales críticas es que toda esa gente, tan formada, con tanto conocimiento, simplemente son unos fanáticos. Por supuesto, en seguida en el barco del fanatismo se meten otras cargas por la cara y según convenga: apocalípticos morbosos (deseáis el fin del mundo), románticos de los viejos tiempos (idealizáis épocas pasadas), fascistas encubiertos (defendéis una imposición dictatorial), ecolojetas reaccionarios (estáis en contra del progreso con vuestra locura por la Pacha Mama), etc, etc.

Todo en vez de mirar la verdad a la cara. Todo en vez de intentar entender por qué gente tan formada se mete en este agujero. Todo en vez de mirar la motivación real.

La motivación real de los peakoilers es que somos unos perdedores.

Lo sabemos desde el día mismo que empezamos a hacer divulgación. Yo lo sé desde el mismo momento que creé el blog. Sabía a lo que venía: yo he venido aquí a perder.

Pase lo que pase, los peakoilers perderemos.

Nosotros, simplemente, hemos visto un riesgo muy grande al cual la sociedad, estúpidamente, sin ningún argumento racional, ha decidido no mirar, porque no le gusta lo que ve. Dado que entendemos muy bien la situación, sabemos que no se está tomando ninguna decisión racional para encarar esto. Toda la respuesta es emocional. Todo la euforia "de progreso" es infundada. La hemos analizado una y otra vez. Sabemos que no tiene sentido. Sabemos que está abocada al fracaso. Sabemos que podría causar el colapso de la civilización.

Y, delante de eso, tomamos una decisión. La de intentar alertar, la de intentar hacer pedagogía. Con la intención de evitar los peores escenarios. Con la intención de que se pueda corregir el rumbo, al menos parcialmente. Con la intención de minimizar los daños.

Y sabiendo que, pase lo que pase, vamos a perder.

Porque si al final conseguimos que se tomen medidas correctoras, y lo peor no pasa; o si estábamos completamente equivocados, y lo peor se sortea sin mayor sobresalto, quedaremos como los imbéciles que somos. Perderemos.

Y si no se toman medidas correctoras y al final sobreviene lo peor, a despecho de cuanto esfuerzo hagamos, también perderemos porque todos, como sociedad, perderemos, y tus vecinos no se conformarán con un "ya os lo dije".

No hay nada bueno a sacar de ser un peakoiler. Hagas lo que hagas tú, personalmente, ya has perdido. Incluso si no haces nada ya has perdido, porque vivirás sabiendo que toda la miseria que viene se podía haber evitado. Más de una vez he visto comparar la epifanía que sobreviene cuando uno comprende qué es el peak oil con tomar la pastilla roja de la película Matrix. Yo siempre digo que hay una diferencia importante: esta pastilla, en vez de darte superpoderes, te da subpoderes. Eres más débil que antes. Eres, ya para siempre, un perdedor.

Es por eso que nuestros detractadores no nos comprenden. Porque elegimos perder a nivel personal, con la esperanza de intentar salvar algo a nivel colectivo, a nivel local, quizá solamente a nivel familiar. Sacrificamos nuestra vida, nuestra carrera y nuestro buen nombre intentando salvar algo que vale más: las vidas de otras personas.

Por eso no nos entienden. Porque, contra la lógica del beneficio directo que impulsa el discurso hegemónico de esta sociedad, elegimos la pérdida propia en beneficio de un bien mayor. Porque elegimos perder para ganar algo más valioso que nosotros mismos. Por eso nos consideran fanáticos, pero en realidad somos perdedores por amor al prójimo. 

Salu2.

AMT 

domingo, 18 de julio de 2021

Las ilusiones renovables

 

Queridos lectores:

Al hilo de recientes discusiones en las redes sociales, me he dado cuenta de que un argumento que se está usando para justificar el insostenible y procolapsante modelo de transición renovable que se está proponiendo desde las instancias públicas es la gran cantidad de estudios aparecidos en revistas científicas que "demuestran" (así me dicen) que el 100% renovable es posible. Me han llegado a citar que se han compilado 180 artículos científicos que muestran tal tipo de transición renovable, como si el masivo número fuera prueba de autoridad suficiente y no cupiera discutir más. Dado que, contrariamente a lo que suelen pensar mis contertulios en las redes sociales, algo sé de este tema porque mi escasa producción científica en este campo es precisamente sobre el diseño de sistemas 100% renovables, he creído conveniente escribir este post para sintetizar mejor por qué ése no es un argumento válido, y menos aún para justificar las políticas públicas que se están emprendiendo. Discutiré la cuestión primero desde la perspectiva general, y luego aludiré a mi experiencia personal en el campo, puesto que a veces las cosas se entienden mejor por la virtud del ejemplo (y espero que así también entiendan que mi posición no viene de un agorerismo fanático apriorístico, sino de una contemplación de y reflexión sobre la naturaleza de las cosas).

Comencemos por algo muy básico: la ciencia no funciona por un sistema democrático. La verdad de un aserto no se valida por el hecho de que haya muchos estudios, aunque sean 180, que parecen respaldarlo. Por supuesto que la gran cantidad de estudios avalan que probablemente se puede hacer, pero hay que estudiar y analizar los susodichos 180 estudios para ver cuáles son las condiciones de aplicación. Porque ésta es la primera cosa que los profanos al ejercicio de la ciencia no entienden: ningún estudio es completamente comprehensivo porque tal cosa es imposible, dada la complejidad y multitud de factores que intervienen en el mundo real. Cada estudio se apoya en un conjunto de hipótesis limitantes bien definidas, y ningún estudio sobre una cuestión de mediana complejidad pretende dar la solución última y final a esa cuestión, sino tan solo entender una parte del problema. Para hacer las cosas más complicadas, cada estudio establece unas hipótesis explícitas, pero al tiempo, inevitablemente, parte de unas hipótesis implícitas que no siempre son evidentes. Por ejemplo, y como cuestionaba yo a unos de mis contertulios, ninguno de los citados estudios considera ni integra el problema de la escasez de materiales y energía, o el rendimiento energético de las instalaciones; y todos ellos asumen que habrá una base industrial funcional como la actual que, de manera continua, va a permitir sin mayores sobresaltos construir todos esos sistemas.

La segunda cuestión a considerar es que lo que están proponiendo esos 180 artículos son cosas muy dispares y en ocasiones contradictorias. Cuando uno entra en los detalles de lo que dicen los artículos, algunos asumen una cantidad de energía en los vientos que es hasta 10 veces superior a la que suponen otros estudios; en algunos casos, las curvas de producción solar son bastante más grandes que en otros, que los últimos resuelven asumiendo que habrá un aumento desmesurado de la eficiencia. La manera de hacer el aprovechamiento energético también varía salvajemente de un estudio a otro, en algunos casos apoyándose en el coche eléctrico, en otros en los motores basados en hidrógeno y en algunos otros en biocombustibles. No es por tanto de extrañar que, al margen de esa cifra relativa de producción renovable, 100%, que se dice poder alcanzar, las cantidades absolutas de energía que creen poder producir unos y otros estudios difieren a veces hasta en dos órdenes de magnitud. Tal disparidad de criterios debería hacer sospechar al lector de que la madurez técnica de estos estudios es todavía limitada, que las incertidumbres sobre el potencial renovable son bastante amplias y que aunque uno encuentre 180 estudios en los que se consigue el 100% renovable, debería haber una cantidad significativa de otros estudios que se queden sensiblemente por debajo del 100%. Pero ahí interviene otro factor: cuando un grupo de investigación hace un estudio y no consigue llegar al anhelado 100%, simplemente no lo publica, dado que el objetivo está claramente marcado y si uno no lo consigue se considera que no es interesante. De ese modo, se tiene un sesgo de confirmación en la producción científica, porque de todo el amplio abanico de resultados se publican solo aquéllos que llegan a la marca del 100%.

Hay, por último, una tercera cuestión, que es de nuevo un sesgo de confirmación, que funciona como un sesgo de elección. Quien me cita esos 180 artículos que muestran, a su entender, la factibilidad del 100% renovable, está ignorando la vastísima literatura científica sobre los límites que la escasez de materiales y de petróleo imponen a la transición renovable. Esos artículos están ahí, publicados en las mismas revistas que los otros, solo hay que buscar "renewable" y "scarcity" o "resource scarcity". Seguramente no son tantos, porque no es una temática muy popular (y ahí hay un tercer sesgo: muchas veces hay que pelearse con los revisores para que te lo publiquen, porque no les gustan las conclusiones pero no porque sean lógica o científicamente erróneas) pero cada vez son más, porque es una temática emergente. En todo caso, nadie que se plantee un análisis sobre la viabilidad de una transición 100% renovable puede decidir ignorar esos estudios que hablan de dificultades, dificultades que precisamente los otros estudios no consideran. No es ni medianamente serio, a día de hoy, que se plantee una discusión sobre la transición renovable sin haber leído nada de Carlos de Castro, Ínigo Capellán o Alicia Valero, por poner ejemplos de tres autores patrios; pero es que hay muchos más en la escena internacional (y para desmayo de los gestores que lo apuestan todo al 100% renovable eléctrico, cada día hay más).

Plantear un modelo de transición al 100% renovable es algo extremadamente complejo, y que requiere un grupo de trabajo multidisciplinar y un estudio durante mucho tiempo, complementado tanto como se pueda con experiencia de campo. Es presuntuoso y arrogante creer que uno solo puede acometer una tarea de tal envergadura, con tantos vericuetos y complejidades tan pronto como uno empieza a entrar en los detalles de los usos energéticos en cada industria y en cada sector. Demasiadas veces me he encontrado con algún ingeniero con muchas primaveras ya en sus cabellos que pretender planificar la transición a golpe de hoja Excel. Ojalá fuera tan sencillo.

Justamente, mi propia escasa experiencia en estas lides me ha demostrado cómo de difícil y complejo es hacer un diseño de transición al 100% renovable que pueda ser medianamente creíble. Comentaré aquí solamente sobre tres artículos en cuya elaboración yo participé y que por tanto conozco mejor, aunque mi grupo publicó unos cuantos más.

En el año 2012 publicamos un estudio sobre cómo implementar un modelo 100% renovable (García-Olivares A., Ballabrera J., García-Ladona E. & Turiel A., 2012. A global renewable mix with proven technologies and common materials. Energy Policy 41, 561–574; también escribimos un post sobre el artículo). El objetivo de este estudio era determinar si era posible hacer una transición hacia el 100% renovable sin tener que asumir, como hacían muchos otros estudios, que aparecerían nuevas tecnologías disruptivas que permitirían mejorar de manera inverosímil la eficiencia. Además, buscamos que no se tuviera que utilizar materiales escasos, justamente para no tener que preocuparnos de los límites materiales. Por último, los sistemas a implementar deberían tener una TRE adecuada. La conclusión de nuestro estudio es que, efectivamente, se podría hacer tal sistema. Eso sí, se requeriría 1)  una cooperación internacional sin precedentes; 2) el práctico agotamiento de las reservas conocidas de cobre; y 3) el establecimiento de una economía de guerra durante 30 años. Como bonus, además, una vez culminada la transición la economía debería ser estacionaria para siempre jamás. Entre las limitaciones de este estudio se encuentran que utilizamos un enfoque bottom-up (en vez del top-down, que Carlos de Castro y sus colaboradores demostraron que era el correcto), por lo que nuestra estimación del potencial renovable está sobreestimada; y que no integrábamos el impacto del inminente descenso de la producción de petróleo en nuestros planes de transición.

En 2018 publicamos otro estudio que abordaba parcialmente el último de esos problemas (Solé J., García-Olivares A., Turiel A. & Ballabrera-Poy J., 2018. Renewable transitions and the net energy from oil liquids: A scenarios study. Renewable Energy 116, 258-271; y su post asociado). Tomando como referencia varios escenarios de declive de la producción de petróleo a partir de los informes de la AIE - retrospectivamente, la mayoría de estos escenarios resultan ser demasiado optimistas -, analizamos a qué ritmo se debería producir la sustitución renovable para compensar su caída. En los casos más extremos, los ritmos llegaban al 8% de crecimiento anual (y eso que descartamos incluir en el artículo algunos escenarios donde se llegaba al 20% anual para evitar el rechazo de los revisores). Por último, el artículo discute cómo debería ser el sistema de sustitución al 100% renovable, dando algunas directrices de cómo debería implementarse teniendo en cuenta estos problemas.

En aquel momento, sin embargo, ya teníamos claro que el problema era demasiado complejo, con demasiadas variables interactuando entre ellas. En la época en la que enviamos el artículo ya estábamos comenzando el proyecto MEDEAS, un proyecto financiado por la Comisión Europea que coordinó mi compañero Jordi Solé, cuyo objetivo era la elaboración de un modelo que permitiese testear los problemas de los escenarios de transición que se quieran proponer. Usando MEDEAS uno puede detectar si, para hacer un determinado modelo de transición, uno va a agotar algunas materias primas, va quedarse corto de petróleo o si va a disparar la concentración de CO2 o el paro. Así son los modelos de dinámica de sistemas, indispensables para poder capturar una parte aún pequeña pero significativa de la complejidad del mundo. Fruto de esos cuatro años de trabajo intensos, aparte del Libro Blanco, sacamos un artículo (J. Solé, R. Samsó, E. García-Ladona, A. García-Olivares, J. Ballabrera-Poy, T. Madurell, A. Turiel, O. Osychenko, D. Álvarez, U. Bardi, M. Baumann, K. Buchmann, Í. Capellán-Pérez, M. Cerny, Ó. Carpintero, De Blas, C. De Castro, J-D. De Lathouwer, C. Duce, L. Eggler, J.M. Enríquez, S. Falsini, K. Feng, N. Ferreras, F. Frechoso, K. Hubacek, A. Jones, R. Kaclíková, C. Kershner, C. Kimmich , L.F. Lobejón, P.L. Lomas, G. Martelloni, M. Mediavilla, L.J. Miguel, D. Natalini, J. Nieto, A. Nikolaev, G. Parrado, S. Papagianni, I. Perissi, C. Ploiner, L. Radulov, P. Rodrigo, L. Sun, M. Theofilidi, 2020. Modelling the Renewable Transition: scenarios and pathways for a decarbonised future using pymedeas, a new open-source energy systems model. Renewable and Sustainable Energy Reviews 132, 110105). Se habrán fijado en lo larga de la lista de autores: es lo que tiene ponerse en serio en una modelización de la transición, que se requieren equipos amplios y multidisciplinares. El artículo es una presentación de la herramienta pymedeas, el programa en Python de software libre (sí, se lo pueden descargar si quieren) que contiene el modelo MEDEAS. Como he dicho, este modelo sirve para comprobar si determinados escenarios de transición son o no transitables, y dónde se producen los mayores problemas, dando pistas sobre cómo resolverlos. Como ejemplo de aplicación, se muestran varias ejecuciones del modelo MEDEAS pero de manera restringida (desactivando algunos módulos de retroalimentación). Uno de los escenarios es el de Transición Renovable Rápida, y arroja información interesante: 1) la temperatura del planeta supera durante algunos años la marca de los 1,5 ºC que se ha fijado por el IPCC, por culpa del gran consumo fósiles requerido para el despliegue masivo renovable, y ello obliga a que el esfuerzo final se centre en la captura de carbono; y 2) el consumo de algunos materiales se dispara hasta tres veces sus reservas conocidas (el módulo de materiales se desconecta parcialmente para esta simulación).

El proyecto MEDEAS no representa ni mucho menos el final del camino, puesto que es necesario incrementar la granulosidad de la simulación y mejorar las funciones de producción y retroalimentación para describir mejor y con más detalle los escenarios. Éste es el trabajo que se está llevando a cabo con un nuevo proyecto europeo, LOCOMOTION, coordinado desde la Universidad de Valladolid. 

Y a medida que conocemos mejor la situación y mejoramos nuestro entendimiento de las retroalimentaciones entre las diferentes variables, queda cada vez más claro que a la transición renovable se llega por un camino cada vez más estrecho el cual podría cerrarse abruptamente si tomamos malas decisiones.

Por eso, queridos lectores, las cosas no son tan sencillas como contar cuántos artículos parecen decir una tal cosa. Hay que leer, hay que entender y, sobre todo, hay que reflexionar. Nos lo jugamos todo en esta apuesta y no nos podemos permitir el lujo de fallar.

Salu2.

AMT

viernes, 16 de julio de 2021

Energía en Latinoamérica: Bajando un escalón

Queridos lectores:

Como cada año,  Demián Morassi nos ofrece su análisis de cómo evoluciona la producción y demanda de energía en Latinoamérica. Pasado ya el pico, uno puede comprender algunos cambios que se están dando en la región simplemente viendo la evolución del sistema energético. Importante y preocupante.

Les dejo con Demián.

 

Salu2.

AMT 

 

 

Energía en Latinoamérica: bajando un escalón



Como cada año desde que comenzamos con estos reportes hay algún detalle que nos interesa llamar la atención. El año del inicio de la pandemia evidentemente fue un corte en el consumo energético global, en Latinoamérica y Caribe podríamos verlo como un paso definitivo hacia un escalón más bajo, tanto en el consumo como en la producción. Recordemos que la producción de energía está a la baja desde hace seis años, al pasar el pico del gas y el carbón, ambos en 2014. El aporte de las nuevas "renovables" (eólica, solar y geotermia) está en expansión pero no alcanza a compensar la menor producción de las fuentes fósiles y ni siquiera la caída de la producción de la principal renovable que es la energía hidroeléctrica.

La información con la que acá trabajamos está desglosada del BP Statistical Review of World Energy (1) que tiene la particularidad de separar Norteamérica por un lado y el resto por otro, por lo tanto hay que ir sumando los datos de México para incluirlos en cada gráfico. México justamente es quien en el último lustro está definiendo que la región venga en declive productivo. Brasil venía siendo el motor que compensaba la caída productiva del resto de países importantes (Argentina, Venezuela y Colombia) pero a nivel de consumo no ha visto casi cambios desde 2013, esto indica que ni la industria ni la población se han visto beneficiadas con ese mayor aumento en la producción.

En 2020 no ha habido caídas espectaculares como en otras regiones pero lo que se nota claramente es el bajón de los pocos recursos que se exportan, el más notorio es el carbón, tanto el colombiano que es el principal productor como el mexicano que cayó por debajo de la mitad del 2019 y, siguiendo con su colapso, la producción venezolana de petróleo ya pasó a ser la quinta a nivel regional (luego de Brasil, México, Colombia y Argentina) y mientras el bloqueo continúe no se percibe un cambio en las posibilidades de algún resurgimiento.

Por supuesto que estos datos que generan gran incertidumbre para el sistema socioeconómico que habitamos es siempre buena noticia para el ambiente. Las emisiones de CO2 han caído a un nivel inesperado sólo un año antes pero no muy diferente a la caída que tuvo durante el año posterior a la crisis del 2008.

Vamos con los gráficos que es la única manera de captar el panorama histórico con sus particularidades.

Petróleo sin turismo y sin compradores

La producción de petróleo viene en caída exacerbada por las dificultades políticas de Venezuela más aún que por las dificultades geológicas, sin embargo es bueno recordar dos cosas del caso venezolano, el pico de producción fue uno de los primeros de la OPEP, en 1998, su caída de veintitrés años sólo tenía algo de optimismo con la posibilidad de sacar petróleo ultrapesado de la reserva más importante del mundo que está en la cuenca del Orinoco. Pero las dificultades de extraer este petróleo mezclado con arena necesita demasiadas condiciones favorables que son todo lo contrario al contexto político que se fue dando luego de la muerte de Chávez, al mismo tiempo que el valor no se recompone a niveles que permiten desarrollar esta costosa industria de los bituminosos. La cuestión del bloqueo es central, de hecho los datos oficiales muy probablemente sean inexactos, algunas empresas han sido denunciadas por vender petróleo venezolano etiquetado como malayo, los niveles fueron bajos en 2020 pero para mayo de 2021 se calculaba en 324 mil barriles diarios.

En México, el cierre definitivo de Cantarell no encontró sucesor de peso, sigue habiendo expectativas tanto en el Golfo con mediante el fracking pero la realidad es que mientras se desarrollan esos costos emprendimientos la caída de los pozos principales sigue a un ritmo invariable, cada cinco años desde 2005 viene perdiendo medio millón de barriles diarios (de 3,8 mb/d en 2004 pasó a 1,9 mb/d en 2020).

Con este panorama alentador desde el punto de vista de la descarbonización global, es importante entender que el petróleo sigue siendo la fuente energética más importante del mix del continente, con más del 45%... La caída en la producción de petróleo arrastra hacia abajo a todo el sistema productivo de la región, con sus implicancias económicas que repercuten en la población. 

El frenazo en el turismo o en los traslados laborales puede ser una muestra de lo que se espera en esta (ya no tan) nueva normalidad de declive energético permanente.

En la gráfica pueden advertir como los niveles de consumo de países como México o Venezuela fueron más bajos que en cualquier momento de los últimos veinticinco años.

El gas se está gastando

Cuando hablamos de gas hay dos pequeñas economías que se ponen a la altura de los grandes: Bolivia y Trinidad y Tobago. 

Bolivia pasó de ser el país con más crecimiento económico sostenido a toparse con un golpe de estado justo antes del frenazo de la pandemia. Una población que venía ganando en confort gracias a que gran parte de la producción energética se había reconducido hacia sus habitantes, se encuentra rápidamente con un gobierno ilegítimo y con objetivos opuestos a los intereses mayoritarios. El experimento no duró mucho y cayó por su propio peso, pero lo que nos interesa es rastrear las causas materiales de la debacle de Evo Morales en el referéndum (que fue la excusa final para el golpe). Aquí podemos observar que la producción gasífera boliviana ya había tocado techo en 2014 con una caída ya evidente desde 2018. El combo de menor producción y precios bajos de su recurso estrella hacía imposible mantener la estrategia de desarrollo de la primer década de gobierno. Las dificultades para el nuevo gobierno democrático seguirán más allá del apoyo popular.

Trinidad y Tobago, por su parte, llegó a su pico en 2010 y mantuvo una producción declinante y muy atada a los vaivenes del precio de exportación del gas. La pandemia dejó al descubierto lo vulnerable de la economía del archipiélago. En 2020 su producción cayó un cuarto de lo que se producía diez años antes (de 40 a 30 millones de m3) cuando en 2019 se producían cerca de 35 millones de m3.

Sin embargo el amperaje de la región lo siguen moviendo los grandes, Venezuela y México registraron las caídas más notorias mientras que Argentina trata de mantenerse estable con Vaca Muerta pero su logros siguen siendo ínfimo a escala regional y su producción nunca volvió a los niveles que tuvo entre 2004 y 2008.

La caída en el consumo que llama más la atención, como en casi todas las gráficas sigue siendo la venezolana. Su producción gasífera estaba destinada casi de lleno a las necesidades de la industria del petróleo y, al caer la producción del líquido negro, el consumo de gas cae con él de la mano. Las caídas en el consumo fueron parejas en el resto de países pero es especialmente notoria en Brasil que es dependiente de Bolivia para cubrir un tercio de la demanda interna.

 

¿Cerrando la era del carbón? 

Latinoamérica se caracteriza por su escasa producción y consumo de esta fuente que supo disputarle hasta hace no demasiado la primacía al petróleo como fuente principal de energía a nivel global. 

En la producción se destaca el frenazo dado en México y Colombia. En México descendió más del 50%, sin embargo el gobierno de López Obrador busca reactivar esta industria languideciente que viene en caída desde 2011. En Colombia, que es el principal productor, la situación es distinta, la caída se retrotrae a niveles de hace dos décadas pero puede volver a reactivarse. Colombia produce el carbón más preciado a nivel global por ser de los más "limpios", sin embargo la demanda de carbón de los mayores importadores cayó estrepitosamente en 2020 (21% en Norteamérica, 16% en Europa y 6% en la India) y también los precios hacen poco atractivo salir a vender un mineral que puede quedarse esperando bajo tierra.

 

La demanda interna de carbón sigue pareja en la región, declinando levemente a medida que se buscan alternativas "renovables", sin embargo en 2020 la demanda interna de México mostró los efectos del frenazo industrial interno y de su vecino del norte. En menor medida se sintió en Brasil, Chile o el Caribe que son los grandes consumidores del mineral negro.


Renovando la visión de las renovables

Así como México mostró una caída en la producción y consumo de carbón, fue el país con el mayor aumento en la generación y consumo proveniente de la renovable más importante, la energía hidroeléctrica (un 13,4%), algo similar se vio en los países de Centroamérica y el Caribe, mientras que en Sudamérica cayó un 6%, pero como Brasil por sí sólo consume 2/3 de toda la energía hidroeléctrica de la región, podemos entender el descenso en el gráfico que arrastra al combo de renovables hacia abajo. Las demás fuentes siguen experimentando un crecimiento mientras que para la energía nuclear sigue habiendo proyectos pero con alto rechazo de las poblaciones sobre todo cuando se anuncia el lugar dónde se ubicarían. En Energía solar se destaca el aumento de generación en Argentina y México con un 60% más que el año anterior, sacándole ahora México gran diferencia a Brasil como líder en la producción de energía fotovoltaica, aunque en relación a su consumo, Chile es el que sigue estando al frente. En generación eólica también es Argentina el país que más creció en 2020 con un 89% de aumento aunque su producción es escasa en relación a Brasil o Uruguay.

Sin embargo vemos que casi toda la demanda de electricidad se sigue saciando con termoeléctricas a gas en México y Argentina e hidroeléctricas en la mayoría del resto de países. Las nuevas fuentes dependientes de desarrollos tecnológicos más complejos están abriendo una abanico de debates, por un lado permiten la descentralización de la generación eléctrica pero, por otro lado, traen mayor dependencia de empresas extranjeras que la generación de hidroeléctricas o los recursos fósiles de los cuales se tienen mayor control estatal.


Energía como base de la economía y de la situación política

La caída en la producción energética en nuestra región trajo consigo problemas económicos para casi todos los países. La región ya no es una exportadora neta de energía sino que gracias a experimentar un gran crecimiento a lo largo del siglo los niveles de consumo se dispararon y esa línea amarilla del gráfico supero a una producción que aún previo a la pandemia se encontraba niveles altos en términos históricos. Ahora, esa caída en la producción lleva inevitablemente una imposibilidad de disponer de energía propia para todo el sistema, lo que vuelve más frágil a cada uno de sus sistemas políticos que aún son parte de un modelo económico que sólo se sostiene con el crecimiento perpetuo. Los gobiernos ya no pueden endeudarse y dar por sentado que el siguiente ciclo les será suficientemente favorable para desarrollar sus industrias y pagar las deudas. El resultado, por ahora es que las poblaciones buscan salidas por el voto favoreciendo a los partidos opositores o bien estallan en grandes movilizaciones.


Estos dos últimos gráficos sirven para entender cómo viene cada país (o subregión) en lo que es el espejo de sus capacidades productivas. Sin embargo el efecto pandemia cuyo fin es incierto no sólo no se puede tratar como un paréntesis sino que más bien debe mirarse como una renovación en el pensamiento político y económico, desglobalizarse, repensar los traslados personales de larga distancia, renovar el uso de internet para las necesidades laborales urbanas y repensar el rol primordial de la salud pública y la producción de alimentos. 

Un interesante trabajo reciente puede dar cuenta de nuevos debates en torno a la "pobreza energética", el segundo número de la revista Energía y equidad, titulada "Energía ¿para quiénes?" nos muestra un panorama en el cual aparecen los hogares de bajos recursos que dependen de carbón vegetal y deshechos (más del 40% de hogares en Honduras, Nicaragua, Haití y Guatemala) o leña húmeda muy contaminante (el caso del sur de Chile), cortes eléctricos como problema habitual en muchas ciudades del Caribe mientras que en Centroamérica países como Guatemala o Nicaragua aún tienen un 15% de la población sin acceso a electricidad y algo parecido puede verse en los asentamientos rurales de Perú o Bolivia. 


Por último destacamos cada año el declive en las emisiones del principal gas de efecto invernadero, si bien la gráfica no tiene en cuenta los incendios forestales y otros emisiones relacionadas con la agricultura, es importante ser conscientes de cómo van de la mano el consumo energético fósil con el dióxido de carbono emitido por el sistema. La pandemia permitió a los sectores más pudientes a tener un panorama de cómo es vivir una vida energéticamente más austera pero también la caída inevitable de emisiones puede hacer que nuestros gobiernos se desentiendan de proyectos estratégicos que vayan en ese sentido y sigan buscando producir todo el carbón, gas y petróleo que tengan a mano ya que sus números son suficientes para hacer buena letra ante los pactos climáticos.


Referencias

1. Statistical Review of World Energy 2021: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

2. Revista Energía y Equidad N°2: Energía ¿para quiénes?  (2021) VV.AA. http://www.energiayequidad.com/PDF/1.Revistas/E_y_E_2021-N2_Energias_para_quienes.pdf

sábado, 26 de junio de 2021

Las Guerras COB (I)

Queridos lectores:

El maestro Beamspot me envió hace ya unas cuantas semanas una serie de ensayos sobre el problema de la escasez de chips y todos los factores que en ella interactúan. Un fenómeno complejo fruto del mundo complejo que hemos creado. 

En esta primera entrada, Beamspot hace un glosario de los términos y nos pone en situación con respecto al complejo mundo de la fabricación de semiconductores, identificando los principales (y pocos) actores. Espero que lo encuentren interesante y los disfruten como yo lo he hecho.

Les dejo con Beamspot.

Salu2.

AMT

 

Las Guerras COB. 1ª parte.

El mundo del revés.

 

Oblea de silicio conteniendo muchos circuitos integrados, probablemente de 300mm de diámetro o algo más.

 

Prólogo.

De un tiempo a esta parte, se está hablando cada vez más de la escasez de semiconductores, cómo esta afecta al sector de la automoción: que si el minado de bitcoins, que si las tarjetas gráficas, el just-in-time, la guerra comercial, el exceso de demanda, etc.


En realidad, el mundo de los semiconductores es muy complejo y variado, y aunque todos estos comentarios y elucubraciones son ciertos, están muy, pero que muy lejos de ser la única raíz real del problema, pues este tiene muchas variables, y no hay ninguna que destaque sobremanera sobre el resto, a pesar de que la falta de semiconductores para la automoción sea muy visible.


Esa complejidad, en realidad, esconde muchas más variables y ramificaciones, medias verdades, excusas, problemáticas publicitadas muy diferentes de las reales en cuanto a su peso relativo por muy reales que sean, etc.


También hay unos cambios de rumbo muy significativos que no se tienen en cuenta, y que están detrás de buena parte de la situación. Estamos en un momento de disrupción del statu quo y de la manera de hacer las cosas en muchos sectores, y ese punto de inflexión, propiciado en buena parte por el Covid, mejor dicho ‘catalizado’ por la pandemia, está precipitando muchas cosas.


Explicar con un cierto nivel de detalle es complicado, especialmente para aquellos que no saben nada del tema, y más aún si no se pretende ahondar más allá de artículos sencillos.


Dado que este tema me afecta personalmente en tanto en cuanto trabajo en el sector de la electrónica, y, en el momento de empezar esta serie, de la electrónica de la automoción (sector que abandoné a mediados de abril para volver a la I+D+i en electrónica en otros sectores) pues me permite tener un ‘asiento de primera fila’ en todo este proceso de cambio.


Es, pues, desde este punto de vista privilegiado, en el sector que me da de comer (me refiero a la electrónica), que incluso a nivel personal me interesa profundizar en el tema. Y compartir mis reflexiones puede ser interesante para más de uno, así que os invito a un ‘tour’ probablemente más complejo y profundo del que muchos se esperan.


La idea de esta serie, indefinida en cuanto a su longitud en este primer artículo, es la de explorar las causas y consecuencias del cambio tectónico que estamos viviendo en el mundo de la tecnología, especialmente la electrónica.




Pongámoslo de otra manera: vamos a empezar explicando ‘cómo se mueven las piezas’, para luego ir entrando ya más en lo que es propiamente el ‘juego’ en sí mismo.


En esta entrada de hoy, obviamente por ser la primera, se hará un ‘breve’ estudio de lo que es el sector de los semiconductores y componentes electrónicos en particular, para explicar las complejidades del sector.


Es la pieza clave para entender el resto, pero, ni de lejos, la única. También la más extraña y desconocida, probablemente, y por tanto la más extensa.


Glosario.


Es interesante, y quizás más sencillo, empezar a explicar este complejo entramado por lo que muchas veces está al final, el glosario. Compendio de términos, palabras, jerga, siglas y demás vocabulario que pulula abundantemente a sus anchas en este sector.


Tomémoslo como una presentación de los ‘actores’ principales de este capítulo.


Semiconductores, dopado, P/N. En electrónica, los componentes más interesantes suelen estar en la categoría de Semiconductores. Un semiconductor es un elemento o material compuesto que no es ni chicha ni limoná, es decir, ni es conductor eléctrico (como el cobre) ni aislante (como la madera) sino todo lo contrario

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Sus propiedades eléctricas suelen cambiar con la temperatura y otros parámetros, cosa que, en ciertas circunstancias poco habituales, puede llegar a ser de interés. Sin embargo, para la electrónica general, y el tema que nos ocupa en particular, no es el caso.


Por tanto, para usarlo en electrónica, no interesan como tal, es decir, como semiconductor puro (también llamado intrínseco). Así que se le suelen meter ‘impurezas’ de forma controlada, en lo que se llama dopado, convirtiéndolo así en un semiconductor extrínseco que tiene propiedades más parecidas a las de un conductor eléctrico ‘malo’.


Sin embargo, tampoco como tales, son elementos interesantes. Y hablo en plural porque hay dos tipos de semiconductor dopado: el P (por tener ‘exceso’ de ‘cargas positivas’ o ‘huecos’) y el N (por tener ‘exceso’ de ‘cargas negativas’ o electrones).


No, realmente la ‘magia’ de los semiconductores aparece cuando juntas diferentes tipos de ellos, por ejemplo, uno tipo P y otro tipo N. Pero también cuando juntas uno de ellos con otros elementos como ciertos conductores.


El semiconductor más habitual es el silicio (Si), pero el germanio (Ge) y el compuesto de arseniuro de galio (GaAs) también se usan (este último, en aplicaciones de RF y potencia).


BJT, MOSFET, Diodos, IGBT.

Cuando se habla de la unión de diferentes tipos de semiconductores, y según sean estas uniones, empezamos a hablar de componentes electrónicos (semiconductores, llamados activos en según que casos). Éstos son los ladrillos básicos que se utilizan en la electrónica junto a otros componentes no semiconductores como las resistencias, condensadores y bobinas.


El elemento más sencillo es el diodo, formado por una unión [de semiconductores ] P y N (aunque hay variantes). También es la base de los paneles fotovoltaicos.


Luego, el siguiente en ‘edad’, primero en fama, merecedor de un premio Nóbel, padre de la electrónica moderna, pilar fundamental de la misma, solución en búsqueda de problema, viene el Transistor Bi-Unión o Bipolar, BJT en sus siglas anglosajonas. Tiene dos uniones, y tres terminales. Hay de dos tipos: PNP y NPN.


Sin embargo, el más fabricado hoy en día, el auténtico caballo de batalla de la electrónica es la familia de transistores llamados MOSFET, de Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, o transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor. De nuevo, tres terminales.


El MOSFET es el pilar sobre el que se basa ‘de facto’ toda la tecnología moderna, el ‘ladrillo’ con el que se construyen la mayoría de circuitos integrados y demás parafernalia.


 

Hay un miembro particular de la familia MOSFET que ha sido la última gran innovación en este sector, el FinFet, que tiene una geometría que parece una aleta (fin en inglés). Geometría que, aunque lleva poco en el mercado, ya se halla en sus límites, así que para los nodos más pequeños (<14nm, especialmente en los nuevos de 5, 3 y 2nm) se está desarrollando el GAAFet (Gate All Around Fet). Nada de eso está todavía en producción.


El último en llegar, es el IGBT, que es el ‘burro de carga’ de la electrónica de potencia, el ‘musculo’ que mueve los motores de los vehículos eléctricos, y los cargadores, etc. Tres terminales de nuevo.


Circuitos integrados, componentes discretos. Todos los elementos comentados en el apartado anterior, tomados así, ‘de uno en uno’, se consideran componentes discretos. Pero la gracia es poder utilizar unos cuantos juntos para hacer un circuito.


Es decir, la idea interesante es integrar varios componentes juntos formando un circuito específico, lo que constituye un circuito integrado. Cuanto más pequeños, mejor.


En estas lides, el rey indiscutible es el MOSFET, y cuando hablamos de integración, podemos hablar de escalas de integración según el número de componentes (mayormente MOSFETs) que contenga el circuito.


Para hacerse una idea, una memoria de 128GB de las que se pueden encontrar en un teléfono móvil, disco duro SSD, PenDrives de gran capacidad, tarjetas SD y similares, contiene más de 1.000.000 millones de mosfets.


Si, un billón (europeo) de componentes en un espacio del tamaño de una uña (una MicroSD por ejemplo).


Wafers, 180/200/300/450 mm. Pero ¿cómo se meten tantos componentes juntitos?


Bueno, para empezar, se toma una ‘base’ sobre la que se hace un proceso complejo, muy complejo, probablemente de lo más complejo que hay hoy en día. Ese proceso consta de varias fases, y no es lo que vamos a explicar en este apartado.


Aquí lo que vamos a ver es esa ‘base’. Es un disco u oblea generalmente de silicio, Wafer en el idioma del imperio. Obviamente, hay excepciones, que tendremos en cuenta en su debido momento al ser relevantes.


Suele ser un semiconductor extrínseco, tipo P o N, en el caso de ser de silicio.


Las características son muy importantes, pero generalmente suelen ser siempre similares: pureza, concentración de dopante, nivel de impurezas no deseadas (que generan errores), pulido/planitud, etc.


Sin embargo, la clave aquí suele ser el diámetro de esa oblea, en pulgadas o, más generalmente, mm.


Por término general interesa un tamaño de oblea lo más grande posible (para meter más circuitos integrados a la vez), pero también suele ser más caro y problemático de fabricar, así que mayor diámetro suele implicar mayor precio… y tecnología más moderna.


Hoy en día los tamaños menores de 180mm están (prácticamente) desaparecidos y sólo se usan en casos particulares. La dominancia está en los 300mm, pero hay bastantes procesos en la medida de 200mm.


Se ha intentado alcanzar los 450mm, pero parece ser que esa tecnología está costando de llegar. 


Más sobre este punto más adelante, ya que este es uno de los elementos clave para entender la situación presente del ‘bloqueo’ en la automoción, así como del posible futuro de los semiconductores.


Nodos, 100, 45, 28, 14, 7nm etc. Sin embargo, no sólo tenemos la medida de la oblea como dato importante o relevante. El otro elemento importante es el tamaño del MOSFET que se puede meter dentro.


Es obvio, cuanto más grande es la oblea, más circuitos integrados caben. En la misma oblea, cuanto más pequeño es el dispositivo a fabricar, más integrados caben. Así pues, el tamaño mínimo que se puede fabricar es el otro elemento clave en la tecnología de fabricación.


En realidad, aquí es donde radica la clave de la tecnología moderna. Cuanto más pequeño es el componente que podemos fabricar, más rápido, menor consumo (debido al tamaño menor, tiene menos pérdidas y menor capacitancia de puerta), más potencia de cálculo, y más ‘cosas’ podemos meter dentro de un espacio menor.


Es aquí donde se han centrado los avances. Cada vez que se conseguía un proceso de fabricación más pequeño, se avanzaba un paso, que llamaremos nodo. Y la característica de ese nodo se mide por el ‘trazo’ más fino que se puede fabricar de forma fiable, robusta, repetitiva, precisa. Se mide en nanómetros, y lo más de lo más hoy en día, está entre 2 y 3 nm, pero eso está en desarrollo, no en producción todavía.


Sin embargo, muchos de los productos que hoy en día compramos, están en nodos de 7, 10, 14, 28 o más nm, es decir, más grandes.


Por cierto, esa es la medida del ‘elemento’ más fino que se usa, y es para el terminal de puerta (gate) de los MOSFET (gate length en la imagen es de un FinFet).


Este es el campo de batalla de los fabricantes punteros, los que distinguen a los ‘grandes’ del resto.


Foundries, pure-play, fabricantes, fabless


Cuando hablamos de ‘fabricantes’, para la mayoría de gente, especialmente ingenieros, nos vienen a la mente nombres de la talla de Intel, Samsung, Apple, Qualcomm, Texas Instruments, Xilinx, Microchip, Atmel, Fujitsu.


Pues bien, la mayoría de los que he puesto aquí NO FABRICA. Son lo que se llama ‘fabless’ o ‘sin fábricas’. Fabricantes sin fábricas…


En realidad, muchos de los que fabrican de verdad semiconductores… no tienen marca propia. Si bien Intel tiene fábricas que hacen productos propios en exclusiva, también tiene otros procesadores que le fabrican terceros.


Esos terceros que fabrican para los ‘fabricantes’, se llaman Foundries (fundiciones… que no funden nada), y pueden ser ‘pure play’, es decir, sin producto propio, o bien IDM (integrated device manufacturer) aquellos que fabrican sus propios integrados, pero también fabrican los de terceros.


En el caso de Pure Play Foundry, tenemos el mayor de todos como ejemplo, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, TMSC para los amigos. ¿Alguien se imagina dónde está ubicada la sede central?


En IDM, como ejemplo, tenemos al segundo fabricante del mundo. Samsung. No me da la gana presentar a estos desconocidos…


Sin embargo, ninguno de los presentes ‘funde’ nada de silicio. Los wafers NO son fabricados por esta gente, es cosa de otras empresas… ya ahí radica otra clave de este embrollo.


Specialty, (Main) Players, IP, proprietary. Hasta aquí hemos hablado de ‘fabricantes’ en general, pero no todos entran dentro de esa categoría. Hay otro grupo bastante particular y nada pequeño que también fabrica, con sus propias y particulares fábricas, con tecnologías diferentes.


Ese grupo hace circuitos o componentes específicos, ‘especiales’, y por tanto, en un alarde de creatividad, se les llama ‘specialty’.


Dentro de esta categoría nos podemos encontrar, por ejemplo, a Osram, fabricante europeo especializado en LED’s, que tienen su propio proceso diferente de la mayoría de otros productos. Por ejemplo, es raro el uso de silicio, y abundante el uso de Europio, mezclado con Ytrio, concretamente para hacer la ‘resina amarilla’ que hay en los LED’s ‘blancos’ (que en realidad son azules, y esa resina convierte parte de la luz en amarillo, que, mezclado con el azul da blanco).


Podemos poner también aquí a empresas como LG, que fabrica transistores (MOSFET) de película delgada… sobre cristal. Si lo pongo por sus siglas en inglés seguro que sabéis a que me refiero: TFT (thin film transistor).


Entre LG y Samsung se fabrican más de la mitad de las pantallas del mundo. Y no sólo TFT, también está la familia xLED (QLED, SuperAMOLED, OLED, etc).


Si, las pantallas son circuitos integrados, que se ponen sobre un cristal, no sobre una oblea de silicio. El nodo es relativamente grande, pero el proceso incluye la deposición de filtros de color, generalmente en base a tierras raras.


Otro fabricante ‘specialty’ es Sony. Su producto: sensores de cámara (CMOS). No es el único, aunque sea el mayoritario. De hecho, entre tres tienen más de la mitad de la producción mundial, junto con OmniVision y Samsung.


También podríamos hablar de Bosch sensortech, que se dedican a fabricar sensores específicos, por ejemplo, de condiciones medioambientales (temperatura, humedad, presión atmosférica, calidad del aire, etc). Hay otros fabricantes que se dedican a sensores MEMS (Micro Electro Mecanic Systems ¿hace falta traducirlo?) que podríamos generalizar (con cierto margen de error) por sensores inerciales: acelerómetros, giróscopos, magnetómetros (brújula), etc, que se usan para la navegación junto al GPS.


Y, hablando de GPS, podemos añadir a esta reducida lista que dista muchísimo de ser completa, a los fabricantes de tecnologías de alta frecuencia, radiofrecuencia y demás, que, generalmente se especializan en semiconductores en base a Arseniuro de Galio (GaAs), muy diferente del silicio.


Esto es una tecnología cara y compleja, y que se usa casi en exclusiva en ciertos rangos de uso de la radiofrecuencia elevada. Más concretamente, en emisores/receptores de frecuencias altas, empezando por el GPS (1.5GHz), continuando por el Bluetooth y el WiFi (2.4, 5GHz), y terminando por los radares de automoción en la gama de los 70GHz.


Un último grupito sería el de fabricantes RadHard o ‘radiation hardened’. Estos son bastante particulares, ya que utilizan tecnologías generalmente ‘obsoletas’, y de nodos enoooooormes (más de 100nm) por razones técnicas: necesitan una gran inmunidad a la radiación cósmica (de ahí lo de Reforzados contra la Radiación), puesto que su uso es espacial y especial: satélites que están más allá de las órbitas bajas, misiones extraplanetarias como la Luna o Marte (últimamente muy visitado).


Estamos hablando, en este caso, que un microcontrolador de la (muy veterana) familia 8051, que en su versión normal se puede comprar por menos de un euro (si lo encuentras, que ya es viejuno), en la versión RadHard puede costar tranquilamente decenas de miles de Euros: te lo tienen que fabricar casi ‘ex profeso’. Eso implica que hacer un prototipo te puede salir muy barato y al alcance de un aficionado… pero para poder hacer el satélite que va a salir de la atmósfera se te va a ir una pasta sólo para poder fabricarlo, sin contar con la certificación.


Hablando de radiación… los últimos avances en fabricación de IGBT’s discretos parte de obleas irradiadas para crear el dopado de base, ya que sólo así consiguen la distribución e integridad necesaria para conseguir la potencia (y también la densidad de la misma) y velocidad necesarias… otro proceso ‘especial’.


Obviamente, estos fabricantes especializados son casi los ‘propietarios’ o quasimonopolios de cierto rango estrecho de productos muy específicos de la familia de semiconductores, con procesos parecidos, pero con ciertas diferencias que no sólo los diferencian, sino cuyo know-how particular es la ventaja que aprovechan sobre el resto.


Los fabricantes especializados son numerosos, son comunes en tanto en que sus productos son ubicuos (TFT’s, cámaras, sensores inerciales, WiFi, Bluetooth), y para nada son minoría, aunque sean sólo un puñado en cada especialidad.


Fab Complex, Clean Rooms. Especialistas o generalistas, grandes o pequeños, todos estos fabricantes tienen unas cuantas cosas en común: trabajan con semiconductores, en complejos industriales (Fab Complex) que contienen Clean Rooms (o salas blancas, salas limpias).


El uso intensivo de recursos muy particulares y de gran pureza (por ejemplo, agua ultrapura, pero eso es sólo una parte) generalmente implica unas instalaciones de elevado precio que pueden ser compartidas entre varias plantas o naves de diferentes tecnologías.


Esos servicios suelen encontrarse dentro de un complejo, en naves separadas o apartadas, con sus almacenes y sistemas propios.


Dentro de estos complejos, además, están luego las ‘fábricas’ o plantas que procesan los semiconductores propiamente dichos, que suelen constar de diferentes niveles, empezando por un purificador/limpiador de aire en el techo.


Debajo del purificador de aire suele ir el ‘corazón’ de la fábrica, la sala blanca. Esta, además muchas veces está anidada, es decir contiene dentro salas blancas aún más limpias.


Cuando hablamos de salas limpias, hablamos de salas limpias de verdad, homologadas y clasificadas, dónde las más sucias dejarían avergonzada a cualquier exigente suegra tiquismiquis.


Cuando se habla de nodos de menos de 10nm, estamos hablando de cosas mucho más pequeñas que el protagonista de 2020, el coronavirus, que mide entre 100 y 500 nm.


El virus del Zika, mucho más pequeño, mide 45nm. Un pelo humano es gigantesco en comparación.


Así pues, el nivel de limpieza necesario para trabajar en uno de estos centros, es muchísimo más exigente que el presente en un laboratorio de biocontención (las medidas de seguridad son muy diferentes, por cierto, radicalmente).


Pero debajo de la sala blanca, aún hay espacio para un montón de maquinaria necesaria para dar soporte tanto a la limpieza como al suministro de materias primas.


Ah, por cierto… dentro de estas salas, el transporte de productos semielaborados se realiza con cabinas cerradas que viajan por el techo, puesto que el polvo cae hacia abajo (además de ser empujado por el sistema de reciclado del aire).


Así, no es de extrañar que los trabajadores vistan un ‘burka tecnológico’.


Steppers. ASML. Casi todos los procesos de trabajo con semiconductores tienen en común unas pocas etapas. La limpieza y depuración es una de ellas, y no me refiero sólo al aire: de ahí el elevado consumo de agua ultrapura.


Otro, es el de ir haciendo máscaras en base a resinas fotosensibles


Podríamos describir este proceso de la siguiente manera: a partir de una oblea limpia, se le pone encima una capa de resina fotosensible.


Luego se le mete un ‘flash’ de luz con una máscara (es decir, un dibujo transparente en blanco y negro), que tras un proceso de revelado y limpiado dejará partes de la superficie de la oblea cubiertas con una resina protectora resultado de este proceso, dejándola lista para el siguiente proceso, y el resto sin nada.


Ese flash se hace con un tipo de máquina llamada Stepper. Esta máquina es la clave de todo el proceso, ya que es la que define el nodo, la ‘resolución’ que es capaz de darse al semiconductor, los nm. Bueno, esta máquina junto a los coaters y etchers


El fabricante más avanzado es ASML, holandés. Si, en Europa.


El nivel actual del último modelo es tal que para que se pueda trabajar ni siquiera la depuración del aire es suficiente para asegurar la ausencia de partículas: trabajan al vacío. No hay óptica que sea transparente al láser ultravioleta ultraprofundo que utilizan (ni el mismo aire lo es), así que tienen que usar espejos.


Obviamente, la óptica (bien de cristal en los nodos más grandes, bien de espejos en los últimos nodos) tiene que tener esa precisión o más, y por tanto es cara: decenas de millones de € cada una. La máquina de ASML lista para producir está por encima del centenar largo de millones de €. Y una fábrica presentable tiene cientos, aunque de las últimas tecnologías apenas son unas decenas.


Así pues, no es de extrañar que una fábrica, sola (sin contar el resto del complejo fabril en el que está insertado) cueste la friolera de 20.000 M$.


Ni que decir tiene que, al final, todo es un tema económico.


Vapour Phase Deposition, Ionic Implantation, Epitaxia, Czochralsky. Una vez se obtiene la capa protectora mediante el proceso anterior, se suele someter la oblea a otro proceso, que puede ser retirada de material (en las áreas desprotegidas), añadir material (en todas las partes o en las zonas protegidas) o el cambio del material en las zonas desprotegidas


Por cambio se entiende el dopado (añadido mínimo dentro) del silicio, bien aumentando dicho dopado, bien reduciéndolo o incluso (habitualmente suele ser este el caso) invirtiéndolo. Ese es el proceso básico para obtener la funcionalidad del semiconductor: crear uniones P-N.


La retirada de material muchas veces se hace para luego, a posteriori, añadir de nuevo otro material. Este añadido bien puede ser de semiconductor, o bien de metales para hacer conductores o conexiones eléctricas, siendo el aluminio el más habitual, pero no siendo raro otro tipo de metales como el oro o el platino.


En muchos casos, estos añadidos o ciertos cambios, son bastante particulares y suelen ser mejoras clave para que la funcionalidad se alcance, sin ser los causantes reales de dicha funcionalidad. Por ejemplo, el añadir platino a ciertos diodos no hace que sean (o dejen de ser) diodos, pero sí que sean más rápidos.


Estos procesos suelen tener nombres bastante rimbombantes, y son definitorios del tipo de proceso o etapa en la que está la fabricación del semiconductor.


Al principio, las etapas suelen ser para crear uniones P-N, con retirada y añadidura, y cambio de materiales (semiconductores, la parte de abajo denominada FEOL). Posteriormente, cuando las uniones P-N están hechas, suele venir el añadido de las puertas de polisilicio de los MOSFET, para luego acabar con etapas de añadido de metales para hacer las interconexiones eléctricas entre los diferentes MOSFET (y demás componentes, la parte de en medio denominada BEOL) internos del circuito.


Así pues, no es de extrañar que una oblea pase por decenas de ciclos de procesado, siendo habituales tiempos entre que entra la oblea pura como materia prima, y que sale el circuito integrado ‘acabado’ de meses. Este detalle temporal es relevante, como veremos en otra entrega de esta serie.


Los procesos que se exponen como título de este apartado, excepto la técnica de Czochraslky, se aplican en la fabricación de semiconductores, algunos como la epitaxia, sólo en casos particulares.


El mencionado Czochralsky se utiliza para el crecimiento de cristales (monocristalinos) de silicio u otros materiales, como el zafiro y el cuarzo.


Por tanto, las obleas se obtienen sistemáticamente mediante este método (que luego es sometido a varios procesos más).


Es significante mencionar que no todos los semiconductores se producen en una oblea de silicio. Algunos algo particulares, especialmente procesadores de altas prestaciones, se implementan sobre obleas de zafiro (los más caros, Silicon On Sapphire), o de cuarzo, dióxido de zirconio o incluso sobre silicio ‘aislado’ (Silicon On Insulator, más baratos que los anteriores, más caros que los semiconductores ‘clásicos’).


Chip On Glass, Chip On Board (COB), Bare Die, Bonding, encapsulados. Pero estos fabricantes solo fabrican el semiconductor, no el ‘chip completo’.


Tras finalizar todos los procesos de fabricación, hay que cortar cada uno de los delicados cuadraditos y meterlo dentro de algo que los proteja… o no.


Si bien la mayoría se encapsula dentro de plástico, es posible para ciertos casos el poner el circuito integrado directamente sobre el circuito impreso. Este caso se suele llamar Bare Die, y, por ejemplo, se utiliza en las etapas de castaña de los inverters para motores eléctricos de automoción, dónde el circuito impreso es de alúmina, todo para mejorar al máximo la refrigeración es estos IGBT’s de potencia y, a la vez, reducir el tamaño.


Los procesos para montar Bare Die son muy caros, y también se tienen que realizar en una sala blanca… siendo el proceso además inherentemente sucio, lo que complica las cosas.


Lo mismo aplica para los encapsuladores, si bien éstos son más genéricos y menos sucios (no hay soldadura eléctrica, sólo ‘pegado’ y ‘wire bonding’). Éstos suelen ser fábricas externas que cogen las obleas, las cortan, ponen cada cuadradito encima de una ‘araña metálica’ (muchas veces pegada), luego los pasan por las ‘máquinas de coser’ que ponen un hilito de oro que va desde el circuito integrado a la patita metálica que luego será el pin o terminal del chip. Eso es lo que se puede ver en la foto.


Otros procesos, lo que hacen es montar el integrado ‘cabeza abajo’ encima de un circuito específico. Este suele ser el caso de los TFT’s y monitores. Este tipo de producto se suele llamar Chip On Board (COB, véase el título). La traducción literal es chip encima de la placa (Board), pero también se puede traducir más liberalmente como Chip a Bordo.


Otro caso similar se podría encontrar en los encapsulados BGA Flip Chip.


Este proceso se implementa fuera de la fábrica de semiconductores. Muchas veces, incluso fuera del país en que ésta se encuentra. Malasia es un país dónde se hace bastante de esto, igual que Filipinas.


El mundo del revés.


Ya se ha insinuado en este largo glosario (probablemente el más extenso de la serie) que muchas cosas no son lo que parecen. Vamos a explicar con algo más de detalle porqué esto es como es, el mundo al revés.


Para empezar, los fabricantes de chips no fabrican. Muchos sólo diseñan, y un buen puñado fabrica sólo una parte de su producción, concentrando la fabricación en foundries bien sean pure play, bien sean otros fabricantes que subcontratan sus excesos de capacidad productiva como es el caso de Samsung.


Y estas foundries, encima no son fundiciones porque no funden nada: compran el silicio ya rebanadito a las auténticas fundiciones que hacen los lingotes (ingots en inglés) de silicio en las condiciones requeridas.


De estas fundiciones que produzcan obleas de calidad para la fabricación de semiconductores, sólo hay un puñado. Si bien uno busca se encuentra bastantes fabricantes, resulta que la mayoría producen silicio grado solar (que ya hemos dicho que básicamente es un enoooorme diodo, lo que requiere una calidad baja), así que sólo unos pocos producen toda la producción mundial, generalmente en el tamaño de 300mm. Que produzcan de 200mm quedan aún menos.


Entre estos grandes están Tokuyama, Wacker AG, Okmetic, Shin-Etsu, Sumco (nada que ver con la compañía española de materiales de construcción).


Si se rasca un poco, prácticamente se reduce a tres: Wacker, Sumitomo y Mistubishi. La mayoría están participadas o controladas por Sumitomo y Mitsubishi. Decir que los mayores fabricantes de obleas calidad semiconductor son japoneses y que éstos controlan el mercado no es ninguna ida de la olla.


Ojo, que Sumitomo y Mitsubishi en realidad son grupos de empresas (keiretsu), así que es fácil confundirse con sus ‘primas-hermanas’ aunque no tengan ‘nada’ que ver: la Mitsubishi (Materials Corp) que hace obleas NO ES la Mitsubishi (Motors Corp) que fabrica coches.


De hecho, si uno se para a mirar detenidamente el panorama, la situación es muy parecida en todos los sectores. Los specialty, en cada campo, hay un número reducido de ‘jugadores grandes’. Ya hemos visto que las cámaras son tres: Sony, Samsung y OmniVision. En LED’s de indicación/generales, Osram y Nichia, (en LEDs de iluminación, Cree, que es algo diferente), en sensores, tres cuartos de lo mismo.


Si vamos a parar al campo más generalista, nos encontramos más variedad, pero podemos poner cinco grandes: TMSC (Taiwan), Samsung (Corea del Sur), Global Foundries (USA), SMC (Taiwan), y SMIC (China).


Un vistazo a la facturación deja claro cómo está la situación.


La dominancia de TSMC es casi absoluta… en el terreno de foundries. Si metemos los productos propios de Samsung e Intel, la cosa cambia bastante… sin que nadie adelante a TSMC. El tema de facturación aquí es complicado, ya que, por ejemplo, TSMC fabrica parte de los integrados que luego vende Intel… Y la clasificación que he enlazado sólo muestra la facturación de la parte de foundry (generalmente), lo cual distorsiona la visión del conjunto.


Por cierto… la mitad de las tripas de Apple… son Samsung… por si la cosa os parecía sencilla.


De todas formas, el mercado está dominado por muy pocos, aunque sean algunos más que en otros terrenos.


Incluso podríamos decir que entre los ‘generalistas’, cada uno está especializado en un nicho de mercado. 


Por ejemplo, Maxim está muy fuerte en fuentes de alimentación (esos chips que se encargan de ‘bajar’ la tensión de la batería del coche a los 5V o 3.3V o incluso 1.8V que se necesitan para alimentar a los otros integrados). Sus chips suelen manejar potencia, con lo que necesitan transistores grandes, así que no tiene sentido que fabriquen con nodos pequeños, aunque el proceso sea el mismo.


Sin embargo, Liebig manda. Por ejemplo, que uno de los fabricantes de WiFi esté desbordado, puede paralizar la fabricación de teléfonos móviles. 


O, como es el caso en el sector de la automoción, la falta de capacidad de fabricación de obleas de 200mm (utilizadas en nodos grandes como los que gasta Maxim) es el causante del paro en varios de los ‘fabricantes de especialidades’ como los fabricantes japoneses de microcontroladores (Fujitsu, Renesas) o de algunas líneas de la misma TMSC, aunque esta última tenga capacidad ociosa incluso en otras ramas de productos.


El mercado.


Pero… ¿cómo ha llegado el mercado a esta situación? Me refiero a que un puñado de empresas domine, que los fabricantes no fabriquen, que las fundiciones no fundan, y que otros ‘vayan a lo suyo’ haciendo sus ‘ingredientes secretos’.


Y es que la evolución es lógica… y como de costumbre, manda el dinero.


Cuando Intel mandaba, construir una fábrica de semiconductores era más barato, mucho más que ahora. Por ejemplo, las máquinas de ASML de nodos más grandes, costaban unos 50M€, mientras que las últimas que fabrica están en >120M€.


Los requerimientos de pureza eran menores, así que las máquinas de control y purificación eran más baratas, más fáciles de hacer, de menor precisión.


Y todo, en un momento en que en el mercado los procesadores se vendían caros.


Eso permitía a Intel el ir invirtiendo cada vez más en plantas más adelantadas, incluso muchas veces, en ‘reciclar’ plantas de nodos viejos. Pero a medida que el desarrollo se iba haciendo cada vez más y más caro, el margen de beneficio de los procesadores iba menguando. Así llego un momento en que la facturación de Intel no daba lo suficiente como para invertir en nuevas plantas, como la anunciada de 4nm que nunca llegó a materializar.


Rendimientos decrecientes en todo su esplendor.


De hecho, Intel dio el campanazo al empezar a subcontratar a TMSC la fabricación de sus procesadores, incluso, oh herejía, llegó a desarrollar sistemas basados en ARM (podríamos decir que la competencia).


El caso de ARM es paradigmático, la ‘culminación del mundo del revés’. Nunca han fabricado nada. Sólo se han limitado a vender propiedad intelectual a otros fabricantes, que son los que lo integran junto con otras soluciones. Es el mismo caso que las foundries, el ‘poner en común el esfuerzo’, pero aplicado al campo del desarrollo de aplicaciones (con las mismas herramientas puedes desarrollar con micros de Atmel, Qualcomm, Renesas, Fujitsu, ST, Philips, Freescale, Intel…).


Esto de ARM va mucho más allá, y como muchas otras cosas que se han comentado aquí, se analizará en más detalle en otras entradas.


Por eso, muchos fabricantes empezaron antes que Intel mismo a subcontratar foundries. Eso permitió que más de un ‘fabricante (sin fábrica)’ ‘fabricase’ en la misma ‘fábrica (o sea, foundry)’, y, por tanto, la facturación conjunta de TMSC llegó a ser tan alta, permitiendo así reinvertir en nodos cada vez más pequeños, adelantarse a la competencia, y así asegurarse clientes. Es el mismo camino que emprendió su compatriota SMC.


La estrategia de Samsung fue la inversa: invirtió en exceso de producción que luego subcontrata como foundry, sobre todo los nodos más grandes.


La razón es que Samsung, en la parte de semiconductores, en realidad es una specialy: su especialización es en la fabricación de memorias, bien RAM de varios tipos, bien flash. Las memorias son los integrados que permiten meter más componentes (transistores) en menos sitio (esto, como las viviendas, van a tanto el m2). Y dado que tenía claro que la inversión era la base de la supervivencia, pues adoptó esta estrategia. Como si el gobierno coreano no hubiese metido mano en todo esto…


Algo parecido hizo AMD, que es de dónde surgió Global Foundries.


El caso de la china SMIC es diferente, y como cabe esperar, es una apuesta estratégica del gobierno chino. En el terreno de la geoestrategia entramos… pero dejemos esto y algunos detalles más para las próximas entradas, que esta ya es demasiado larga


Mientras, si a alguien le apetece ver cómo es una fábrica de semiconductores por dentro y hacerse una idea de los procesos que se llevan a cabo, este vídeo de Global Foundries es ilustrativo.


En resumen:


  • El ‘mercado’ de los semiconductores (y también el de otros componentes electrónicos) está copado por oligopolios (por ejemplo, en la fabricación de obleas), quasimonopolios (la mayoría de commodities, Intel, ARM) y monopolios/duopolios de facto (ASML, TSMC, Samsung).

  • La razón es el coste creciente de unos avances en rendimientos decrecientes que sólo se pueden permitir grandes empresas que, la mayoría de las veces, no facturan lo suficiente como para podérselo permitir.

  • Todo esto ha hecho que el avance tecnológico se haya ralentizado estas dos últimas décadas, llevándonos a un punto de inflexión, que es en el que estamos.

  • El extremo de la dependencia hace que cualquier fallo en alguno de los puntos (que son muchos) se sienta en todo el Mundo.


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