30초 개요: 반도체의 물 사용은 "TSMC는 물을 많이 쓴다"는 한마디로 다 말할 수 없다. 웨이퍼의 제조에는 웨이퍼를 세정하는 초순수가 필요하고, 동시에 회수수, 재생수, 폐수의 분류, 지역의 급수 시스템도 필요하다. 대만의 반도체의 강점은 그래서 클린룸 안에만 있는 것이 아니라, 댐, 강우, 가뭄, 농업의 관개, 재생수 시설, 지역의 거버넌스 안에도 있는 것이다.
2021년 봄, 대만은 반세기 만에 가장 심각한 가뭄을 맞았다.
농지의 관개가 정지되고 급수차가 과학단지로 들어갔으며, 국제적인 미디어는 대만의 댐의 저수위와 세계의 칩 공급을 같은 한 장의 화면 안에 놓기 시작한다.1 그 순간, 웨이퍼 공장과 댐 사이의 거리가 갑자기 줄어들었다.
하나의 웨이퍼 공장은 댐에서 먼 곳에 있는 것처럼 보인다. 그것은 과학단지 안에 있고, 클린룸, 옐로룸, 노광 장비, 화학품의 배관, 방진복을 두른 엔지니어가 있다. 댐 쪽은 산속에 있고, 태풍, 매우(梅雨), 하천, 농지, 생활용수와 이어져 있다. 그러나 반도체 산업에서는 이 두 장소가 실은 같은 하나의 배관으로 받아들여지고 있다.
칩이 선단이 될수록 공정은 정밀해지고, 웨이퍼의 표면에 불순물이 있어서는 안 되게 된다. 여기서 물은 세정의 재료이며 공정의 환경이고 오염의 제어의 일부이기도 하다. 반도체는 대량의 초순수를 필요로 하고, 웨이퍼 위의 미소한 오염물과 화학적인 잔류와 입자를 씻어 낸다. WIRED의 보도에 따르면 하나의 웨이퍼 공장이 하루에 수백만 갤런의 물을 쓸 수 있을 정도이며, 물은 웨이퍼의 세정과 공정의 청정함을 지키는 데 핵심적인 역할을 담당하고 있다.1
그러니까 반도체의 물 사용은 환경 뉴스의 한구석의 화제가 아니다. 그것은 대만의 공급망상의 위치의 일부인 것이다.
남부 과학단지의 타이난 단지에 있는 TSMC의 웨이퍼 제18공장. 웨이퍼 공장은 토지와 댐과 농지와 지역의 인프라 바로 옆에서 자라고 있고, 공급망의 위험도 여기서부터 구체적이 된다. Photo: 4300streetcar. CC BY 4.0 via Wikimedia Commons.
물이 공정의 환경 안으로 들어간다
칩을 하나의 미세한 도시로 생각한다면, 물은 그 도시 안을 끊임없이 흐르는 청소의 시스템이다.
웨이퍼는 제조의 과정에서 성막, 리소그래피, 식각, 세정, 계측 같은 공정을 지난다. 어느 공정이나 잔류물을 남길 가능성이 있다. 육안으로는 보이지 않는 미립자가 나노미터급의 회로에게는 결함이 될 수 있다. 초순수는 그래서 여러 겹으로 처리되어 이온과 유기물과 미생물과 미립자를 가능한 한 제거한 공업용의 물이다.
이 물은 수도꼭지를 틀면 그대로 쓸 수 있는 것이 아니다. 물은 공장에 들어간 뒤 여과, 역삼투, 이온 교환, 자외선, 유기물의 제거 같은 처리를 거쳐 겨우 공정이 필요로 하는 초순수가 된다. 쓰고 난 뒤에도 한 번으로 끝이 아니다. 고도의 공장은 오염의 정도가 다른 물을 분류해, 처리하고 나서 회수해 재이용하거나 폐수 처리의 시스템으로 보낸다.
WIRED의 보도는 반도체의 폐수에는 리소그래피, 식각, 웨이퍼의 박화 같은 공정에서 나오는 산성의 폐수, 불화수소산, 실리콘의 입자, 유기 탄소의 잔류가 포함될 수 있다고 말하고 있고, 업계는 재이용의 가능성을 높이기 위해 폐수를 분류해 처리한다고 하고 있다.1 이것은 웨이퍼 공장에서 "물을 쓰는" 일이 물을 끼얹어 씻는 것보다 훨씬 정교한, 지극히 복잡한 수처리의 엔지니어링임을 보이고 있다.
반도체의 물 사용에는 그래서 적어도 세 개의 물음이 있다. 첫째, 공장은 어디서 원수를 얻는가. 둘째, 공장에 들어간 뒤 그것을 어떻게 초순수로 바꾸는가. 셋째, 쓴 물을 어떻게 회수하고 재이용하고 처리하고 혹은 배출하는가.
첫 번째 물음만 보면 논의는 "누가 누구의 물을 빼앗았는가"로 단순화되어 버린다. 그러나 대만에게 더 어려운 것은 세 개의 물음을 동시에 다루는 일이다.
가뭄이 공급망에 댐을 보인다
대만은 평소에 비가 많지만, 수자원이 안정되어 있음을 의미하지는 않는다.
강우는 매우와 태풍의 계절에 집중되고, 하천은 짧고, 산지는 경사가 급해 물은 곧 바다로 흘러간다. 태풍이 적고 매우가 약해 남부나 중부의 댐의 저수위가 내려갈 때, 과학단지와 농업과 생활용수는 같은 하나의 배분 안에 놓인다.
2021년의 대만의 가뭄은 이것을 지극히 구체적으로 만들었다. 농업의 관개는 공급 정지가 될 수 있고, 급수차가 과학단지로 들어갈 수 있으며, 웨이퍼 공장의 물 사용도 국제적인 미디어에 보였다. WIRED는 보도 안에서 대만의 가뭄이 농민의 관개와 칩 제조 사이의 긴장을 표면화시킨 적이 있다고 말하고 있다.1
2009년의 모라꼿의 폭우 뒤의 자이현 민슝의 침수. 대만의 수자원의 난제는 단지 물이 부족한 것이 아니라, 강우의 집중, 극단적인 기상, 배분의 강인성도 포함하고 있다. Photo: zilupe. CC BY 2.0 via Wikimedia Commons.
여기서 이야기를 "농민 대 TSMC"로 쓸 필요는 없다. 그것은 지나치게 단순화다.
더 볼 가치가 있는 것은, 대만이 같은 하나의 섬 위에서 농업과 시민 생활과 공업과 세계의 공급망의 신용을 어떻게 동시에 지키는가 하는 것이다. 가뭄은 댐의 용량만을 시험하는 것이 아니라, 제도가 미리 대비하고 투명하게 배분하고 대립을 줄일 수 있는지도 시험한다.
외국의 고객에게 대만의 가뭄은 공급망의 위험으로 읽힌다. 대만 사회에게 반도체의 물 사용은 산업 정책, 농업 정책, 도시의 성장, 기후 변동과 관계되어 있으며, 한 기업의 지속가능성 보고서 안에서 끝나는 것이 아니다.
이것이야말로 수자원이 전력과 같은 만큼 중요한 이유다. 어느 쪽이나 "호국의 신산"을 기업의 신화에서 공공의 인프라로 되돌리는 것이다.
재생수가 수자원을 공공의 건설로 바꾼다
반도체의 물 사용의 다음 키워드는 재생수다.
재생수란 도시의 하수나 공업의 폐수를 처리해 공업에서 쓸 수 있는 수원으로 바꾼 것이다. 반도체에게 재생수는 댐과 하천에 대한 압력을 낮추고, 가뭄의 기간에도 공장이 더 안정된 공급원을 지닐 수 있게 한다.
그러나 재생수는 무료의 마법이 아니다. 거기에는 하수의 수집 시스템, 재생수의 시설, 배관, 안정된 수질, 장기의 계약, 그리고 지역의 수용이 필요하다. 그것은 반도체를 "기업의 물 사용"에서 공공의 건설로 되돌린다.
하나의 재생수 시설은 공장 옆의 부속 설비가 아니다. 그것은 보통 도시의 하수도, 지방 정부, 중앙으로부터의 보조, 공업단지의 수요, 하수 처리에 대한 주민의 신뢰, 그리고 장기의 유지 관리의 비용과 관계된다. 반도체 산업이 재생수를 대량으로 쓰려 한다면, 그 전제로서 도시 자체가 이 물들을 수집하고 처리하고 수송하고 감시할 수 있는 능력을 지니고 있어야 한다.
이것 또한 "재생수"가 대만의 반도체를 관찰하는 시점으로서 잘 어울리는 이유다. 그것은 선단 공정만큼 화려하지 않지만, 하나의 사회가 하이테크 산업을 자기 생활의 시스템 안에 놓을 수 있는지 여부를 보여 준다.
재생수가 잘 기능하면 웨이퍼 공장의 물 사용이 시민 생활이나 농업의 용수를 직접 압박하는 일은 비교적 적어진다. 잘 기능하지 않으면 반도체의 확장은 지역의 부담으로 이해되기 쉬워지고, 사회의 불신을 더욱 깊게 만들게 된다.
재생수의 가치는, 수원이 하나 늘어나는 것만이 아니다
재생수의 가장 직관적인 이점은 수원이 하나 늘어나는 것이다. 가뭄일 때 공업용수의 일부를 도시의 하수를 처리한 재생수에서 얻을 수 있다면, 댐과 하천에 대한 즉시의 압력을 낮출 수 있다.
그러나 그 가치는 그것만이 아니다.
첫째, 재생수는 도시와 공업을 잇는다. 도시는 매일 하수를 낳고, 공업은 매일 안정된 수원을 필요로 한다. 한때 하수 처리의 목표는 배출 기준을 채우는 것이었지만, 지금 그것을 더 나아가 공업용의 물로 처리할 수 있다면, 그것은 도시의 대사의 일부를 산업의 시스템으로 이어 되돌리는 일이 된다.
둘째, 재생수는 가뭄 때의 배분에 여유를 가져온다. 댐의 저수위가 내려갈 때, 정부는 농업과 시민 생활과 공업 사이에서 무리하게 선을 그을 수밖에 없는 상황을 피할 수 있다. 재생수는 모든 수원을 대체할 수 없지만, 안정성의 요구가 높은 일부의 공업용수를 우기에 대한 직접적인 의존에서 뺄 수 있다.
셋째, 재생수는 데이터의 투명성을 재촉한다. 지역 사회에 재생수를 신뢰받으려면, 물이 어디서 오고 어느 기준까지 처리되고 어디로 보내지고 누가 비용을 부담하고 폐수가 어떻게 감시되며 문제가 일어났을 때 누가 책임을 지는지를 분명히 말해야 한다. 이 정보들이 명확히 공개될수록 반도체의 확장은 기업의 약속이나 정부의 보증에만 기대기 어려워진다.
따라서 재생수는 "반도체의 물 부족을 위한 덧대기"가 아니다. 그것은 오히려 일종의 제도의 시험이다 — 대만은 도시의 하수, 공업의 수요, 지역의 신뢰, 기후의 위험을 장기간 기능하는 하나의 수자원의 시스템으로 조립할 수 있는가 하는 시험이다.
Taiwan.md 제작의 개념도. 재생수는 도시의 하수, 공업의 수요, 지역의 신뢰, 가뭄에 대한 대응을 시스템으로 이어, 반도체의 물 사용을 공공의 건설의 과제로 바꾼다.
해외에서의 공장 건설도 물에서 달아날 수 없다
수자원은 대만에서만 일어나는 일이 아니다.
미국의 애리조나주는 건조하지만, TSMC의 미국에서의 선단 제조의 중요한 거점이 되었다. TSMC Arizona의 공식 페이지는 Phoenix의 캠퍼스가 공업용수의 재생 시설을 계획하고 있고 90% 이상의 물의 회수와 재이용을 목표로 하고 있다고 설명하고 있다. 그 이전의 페이지에서도 가동의 시작 시에 공장 내의 회수 시스템에서 일부의 물을 얻고 있었음이 설명되어 있었다.2 이 정보들은 해외에서의 공장 건설이 지역 사회에 받아들여질지 여부에 영향을 준다. 기업 이미지 안의 지속가능성의 작은 주석이 아닌 것이다.
The Verge가 애리조나의 반도체의 집적을 보도했을 때도, 칩 투자가 가져오는 고용에 대한 기대를, 수자원, 화학물질, 노동자의 안전, 지역의 주민이 정말로 혜택을 받을 수 있는지 같은 우려와 나란히 놓았다.3 이것은 이렇게 상기시킨다 — 웨이퍼 공장을 해외로 옮겨도 수자원의 문제가 사라지는 것은 아니고, 그저 장소를 바꾸어 새삼 교섭될 뿐이라고.
대만이 본섬에서 마주하고 있는 것은 매우, 태풍, 댐, 농업, 과학단지다. 애리조나가 마주하고 있는 것은 가뭄, 지하수, 도시의 확장, 사막 지역에서의 물의 쟁탈이다. 지리적인 조건은 다르지만 물음은 무척 비슷하다 — 어떤 장소는 세계의 칩의 공급망을 위해 수자원의 압력을 떠맡을 마음이 있는가, 그리고 떠맡을 수 있는가.
해외에서의 공장 건설은 그래서 지정학이나 보조금의 정책만의 이야기가 아니다. 그것은 이렇게도 묻고 있다 — 미국, 일본, 독일, 인도, 혹은 다른 지역은 물과 전기와 토지와 노동과 지역 사회를 함께 반도체의 공급망 안에 놓을 준비가 되어 있는가.
물의 효율이 올라가도, 총량의 압력이 사라지는 것은 아니다
반도체 기업은 회수율을 높이고 제품당 물의 사용량을 계속 낮춘다. 이것은 무척 중요하다.
그러나 생산량이 그보다 빨리 늘면 총사용량은 여전히 올라갈 수 있다. Roussilhe 등의 연구는 대만의 전자부품 제조사를 샘플로 하여, 2015년부터 2020년 사이에 샘플 기업의 물의 사용량이 연평균 6.1% 증가한 것을 지적하고, 물의 사용과 에너지와 탄소 배출을 같은 생산량의 성장이라는 맥락 안에 놓고 있다.4
이것은 이렇게 상기시킨다 — 효율의 향상은 필요조건이지만 완전한 답은 아니라고.
하나의 섬이 세계의 선단 칩을 떠받칠 수 있는지 여부는, 웨이퍼 한 장당 물의 사용량이 내려가는지 여부만이 아니라, 과학단지의 확장, 공정의 고도화, 패키징의 생산 능력, 데이터센터, 도시의 물 사용이 함께 성장하고 있는지 여부에도 달려 있다. 대만이 다루어야 하는 것은 서로 영향을 주고받는 한 벌의 문제다 — 엔지니어링의 효율, 기후 변동, 공공의 배분을 함께 놓아야 한다.
여기서 또 하나의 오해도 피할 필요가 있다. 물 사용의 문제는 반도체가 확장해서는 안 됨을 의미하지 않는다. 그것이 의미하는 것은 확장을 기업의 투자만으로 결정할 수는 없고, 수자원의 거버넌스가 따라올 수 있는지 여부도 보아야 한다는 것이다.
산업이 절수, 회수수, 재생수, 폐수 처리, 지역과의 대화를 모두 비용으로 다룬다면 사회의 반발에 부딪힐 것이다. 산업이 그것들을 공급망의 강인성의 일부로 다룬다면, 장기간에 걸쳐 대만에 머물 가능성은 높아진다.
같은 한 방울의 물 안에, 누가 있는가
반도체의 물 사용의 가장 어려운 점은, 같은 한 방울의 물이 사람에 따라 같은 것이 아니라는 데 있다.
웨이퍼 공장에게 그것은 공정의 안정이다. 농민에게 그것은 관개일지 모른다. 주민에게 그것은 수도꼭지를 틀었을 때 물이 나오는지 여부다. 정부에게 그것은 댐의 배분, 재생수로의 투자, 가뭄에 대한 대응이다. 외국의 고객에게 그것은 칩이 기일대로 출하될 수 있는지 여부다. 환경 단체에게 그것은 하천의 유량, 폐수의 처리, 지역의 허용량이다.
물이 충분히 있을 때에는 이 차이들이 잘 보이지 않는다. 가뭄이 왔을 때, 각각의 용도가 또렷이 나타난다.
그러니까 좋은 반도체의 물의 거버넌스는 위기 때의 급수차에만 기대서는 안 되고, 기업의 지속가능성 보고서 안의 회수율에만 기대서도 안 된다. 거기에는 더 이른 단계의 계획이 필요하다 — 어느 과학단지가 확장에 적합한가, 어느 지역에 재생수의 시설이 필요한가, 어느 산업이 재생수를 써야 하는가, 어느 데이터를 공개할 필요가 있는가, 가뭄 때의 배분의 원칙은 어떻게 하면 사회에 신뢰받는가.
이 물음들은 2나노미터, CoWoS, AI 서버만큼 화려하게 들리지 않지만, 하이테크를 하나의 섬 위에 놓을 수 있는지 여부를 결정한다.
수자원이 공급망을 섬으로 되돌린다
반도체는 자주 세계화된 산업으로 쓰인다. 미국이 설계하고, 네덜란드가 장비를 내고, 일본이 재료를 내고, 대만이 제조하고, 한국이 메모리를 내고, 세계에 데이터센터가 있다고.
그러나 수자원은 이 세계의 공급망을 하나의 섬으로 되돌린다.
물은 어디서 오는가. 태풍은 왔는가. 댐은 충분한가. 농업의 관개를 조정해야 하는가. 재생수의 시설은 예정대로 완성되는가. 지역의 주민은 공장의 폐수 처리를 신뢰하고 있는가. 이 물음들은 하이테크답게 들리지 않지만, 하이테크가 안정되게 움직일 수 있는지 여부를 결정한다.
그러니까 "반도체의 물 사용"이 정말로 보여 주는 것은, 호국의 신산이 어디에 서 있는가 하는 것이다.
그것은 댐 곁에 서 있고, 하천의 유역 안에 서 있으며, 재생수의 배관과 지역의 거버넌스 안에 서 있다. 대만은 세계의 AI의 연산 능력의 일부를 칩으로 바꾸는 동시에, 세계의 공급망의 압력을 자기 수문의 조건으로 가지고 돌아오고도 있는 것이다.
이것이야말로 반도체의 물 사용의 가장 이해될 가치가 있는 점이다 — 그것은 가장 추상적인 세계의 기술 경쟁을, 하나의 섬이 어떻게 물을 배분하는가 하는 문제로 새삼 바꾸는 것이다.
더 읽을거리
- AI 硬體供應鏈 — 대만이 어떻게 클라우드의 수요를 출하할 수 있는 기계로 바꾸고 있는가.
- 台灣的電力與半導體 — AI 공급망의 배후에 있는 전력의 청구서.
- AI 供應鏈海外設廠 — 왜 다른 나라들도 제조와 인프라의 압력의 일부를 떠맡고 싶어 하는가.
- 科技園區發展 — 반도체의 집적이 어떻게 대만의 토지와 도시 안으로 자라 갔는가.
이미지 출처
- 남부 과학단지의 TSMC 웨이퍼 제18공장과 농지(히어로 이미지 / 본문 중): TSMC Fab 18 and fields May 2025 — Photo: 4300streetcar, Wikimedia Commons, CC BY 4.0. 본고는
public/article-images/technology/tainan-science-park-tsmc-fab18-fields-2025.webp에 캐시한 판을 사용하고 있다. - 모라꼿의 폭우 뒤의 자이현 민슝의 침수: 2009-08-09 at a village under the Typhoon Morakot, in Minxiong, Chiayi — Photo: zilupe, Wikimedia Commons, CC BY 2.0. 본고는
public/article-images/nature/morakot-minxiong-flood-2009.webp에 캐시한 판을 사용하고 있다. - 재생수와 반도체 제조의 물의 순환의 개념도: Taiwan.md Contributors 제작의 SVG 개념도, CC BY-SA 4.0,
public/article-images/technology/reclaimed-water-semiconductor-loop.svg에 보관. 댐, 도시의 하수, 재생수 시설, 웨이퍼 공장, 지역의 거버넌스의 관계를 설명하기 위한 것으로, 특정한 공장의 공사도가 아니다.
참고 자료
- WIRED: Want to Win a Chip War? You’re Gonna Need a Lot of Water — WIRED 2023년의 보도. 반도체 제조가 초순수와 수처리와 지역의 수자원을 필요로 하는 것을 전하며, 대만의 가뭄기에서의 칩 제조와 농업용수의 긴장에도 닿아 있다.↩234
- TSMC Arizona — TSMC 애리조나의 공식 페이지. 해당 캠퍼스로의 투자, 선단 공정의 계획, 물의 회수 시스템, 공업용수의 재생 시설의 목표를 설명하고 있어, 해외에서의 공장 건설에서의 수자원의 거버넌스의 사례로 쓸 수 있다.↩
- The Verge: The new silicon valley (literally) — 애리조나의 반도체의 집적의 확대가 가져오는 고용, 지역의 발전, 수자원, 환경, 노동자의 안전을 둘러싼 논쟁의 보도. 해외에서의 공장 건설을 지역 사회의 시점에서 균형 있게 보기 위해 쓸 수 있다.↩
- Roussilhe et al.: From Silicon Shield to Carbon Lock-in? — 대만의 전자부품 제조사 16개사의 2015〜2020년의 환경 발자국을 연구해, 물의 사용과 에너지와 탄소 배출이 생산량의 성장에 따라 늘어나는 위험을 제기하고 있다.↩