オーストラリアのモナシュ大学の研究チームは、水流から小さなPFAS分子を効果的に除去できる新しい水ろ過膜に関する研究成果を発表しました。PFAS（ポリフルオロアルキル化合物）は、半導体製造の様々な側面において重要な役割を果たす物質であり、その除去の難しさから「永遠の化学物質」と呼ばれています。
モナッシュ大学の研究チームは、いくつかの重要なパートナーシップを活用して、これらのフィルターを大規模に市場に投入し、PFASを取り扱う様々な業界の工場の地下水からPFASを排除する準備を整えています。しかしながら、半導体業界は長年にわたり、製造におけるPFASの使用を制限する法律やその他の取り組みに反対しており、半導体製造におけるPFASの使用を抑制すべくロビー活動団体やその他の連合を結成しています。
モナッシュ大学のグラフェン膜
モナッシュ大学の博士課程学生ユーバート・マホファ氏が率いるチームは、水は自由に透過させながらPFAS鎖を選択的に遮断する改良グラフェン膜を設計しました。この膜は、透過するPFASの90%以上を遮断します。これは、PFASを約35%しか除去できない従来のポリアミド膜と比べて大きな進歩です。
「PFASは水に溶けやすく、発生源から遠くまで拡散する可能性があるため、管理が難しく、汚染の封じ込めと修復が困難です」とマホファ氏は述べた。「私たちのアプローチは、これらの有害化学物質をろ過・濃縮しながらも、水を効率的に通過させることでこの問題を解決します。これは、PFAS破壊技術を補完する有力な候補となります。」
PFASは、1990年代に社会的な責任が問われて以来、永遠の化学物質として認識されてきました。炭素-フッ素結合によって特徴づけられるPFAS鎖は、半減期が8年以上にも及ぶこともあり、継続的に地下水に浸出、そこに永久に残留します。一部のPFASは、吸入または摂取すると人体に非常に有害であり、また、死後も人や動物の体内に「残留」するものもあります。
この新しいろ過方法は、特定の化学反応を利用して、従来のポリアミドろ過方法では通常捕捉できない、極めて微細なPFAS結合さえも捕捉します。この新しいバリアは、様々な温度においてこれらの結合を遮断しながらも効率的な水の流れを維持するため、まさに画期的な開発と言えるでしょう。
「PFASろ過におけるこの画期的な進歩は、埋立地浸出水処理から産業廃水浄化まで幅広い用途で、PFAS汚染を世界的に管理する方法に革命を起こす可能性がある」と、この研究に貢献したオーストラリア研究会議のマイナク・マジュムダー教授はプレスリリースで述べている。
モナッシュ大学とオーストラリア研究評議会は、グラフェンに特化したメーカーであるNematiQ社と緊密な関係を築いており、同社はこの新しいフィルターの市場投入を支援することを約束しています。この新技術の商業化は、この研究がフィルターの製造に高度にスケーラブルなせん断配向印刷技術を用いることに重点を置いていることから、実現が容易になると思われます。
PFASが危険な理由
PFASは、1930年代のテフロン発明以来、工業製造に使用されてきました。今日では、半導体を含む無数の産業において、製造の様々な側面でこれらの化学物質が使用されています。PFASは当初、化学的に不活性で人体に無害であると考えられており、この考えは数十年にわたって維持されていました。しかし、長年の産業労働者の血流や臓器にPFASが含まれていることが発見されると、さらなる研究が行われ、新たなリスクが明らかになりました。
PFAS化学物質は現在、政府や保健機関によって、発達障害、不妊、がんなど、様々な毒性作用と関連付けられています。PFASへの曝露は、地下水や雨水を汚染する工業用化学物質だけでなく、衣類、化粧品、そしてPFASに曝露された動物の摂取からも生じます。現代社会に生きる人々の大多数は、既に体内に一定量のPFASを恒久的に保有していると推定されています。
PFOSやPFOAを含む特定のPFASは、その深刻な健康リスクのため、2009年には欧州連合（EU）で既に禁止されており、最終的には世界中で禁止されています。EUはPFASグループ全体を禁止する法案の策定を進めていますが、この法案は半導体業界からの強い抵抗を含む、数多くのロビイストの反対運動によって阻まれています。
PFASと半導体産業
半導体業界は、マイクロチップのサプライチェーン全体にわたってPFASを使用しており、PFAS規制の進展を遅らせるための様々な取り組みを開始しています。エレクトロニクスサプライチェーン全体の企業を代表する業界団体であるSemiは、半導体業界によるチップ製造工場におけるPFASの使用に関する解説ガイドを発行しました。このガイドには、チップ製造工場におけるPFASの以下の用途がすべて記載されています。
PFASは、リソグラフィーで使用されるフォトレジスト液や、ウェハ製造で使用されるエッチングチャンバーガスなど、チップ製造に必須の化学物質に含まれています。EUVリソグラフィーで使用する水素を生成する化学精製装置にもPFASが含まれている可能性があり、リチウム電池やプラスチックチップパッケージといった開発の三次部品にもPFASが含まれている可能性があります。Semiの公開ページには、PFASが使用される可能性のある場所が多数記載されており、PFASの使用が広範であるため、チップ製造から完全に排除するのは困難すぎることを暗に示唆しています。
業界関係者は最近、半導体PFASコンソーシアムを設立しました。これは、半導体製造におけるPFASの使用を阻止しようとする動きに対抗することに、より明確な姿勢で臨む団体です。コンソーシアムはホームページ上でアドボカシー活動には力を入れていないと主張していますが、実際はそうではありません。この団体のアメリカ政治への取り組みは、8月にPFAS規制に反対するホワイトペーパーを連邦議会に配布したことで広く報道されました。
PFASコンソーシアムの親会社は、半導体製造工場を製造副産物に対する特定の環境規制の対象から除外する法案の成立に向けて議員へのロビー活動に成功しました。コンソーシアムは議員に対し、もし強制的な法律が制定されなければ、自主規制を実施し、最終的には汚染物質の使用を削減すると約束しました。
半導体業界は、PFASの使用に対するいかなるさらなる規制にも断固として反対しており、PFASコンソーシアムの2023年の論文には、「技術の進歩を数十年後退させずに[PFASの]実行可能な代替品を見つけることは、場合によっては不可能ではないにしても、非常に困難になるだろう」という一文が含まれている。
この立場は、それを反証する画期的な研究結果が発表された後もなお、堅持されてきました。コンソーシアムは最近、半導体製造におけるPFASの使用に代わる、より安全で効果的な代替案を提案する広範な研究に反論しました。この研究では、ウェーハエッチングにおいてPFASよりも品質が優れ、毒性が低い複数の界面活性剤が特定されています。現在、一部の小規模ファブでは、これらの界面活性剤がPFASの代わりに使用されています。しかし、コンソーシアムはすぐにこの研究に対する独自の否定的な回答を発表しました。この回答は、特定の企業の承認された会員のみがアクセスできます。
PFASろ過に関する最近の画期的な研究に対し、半導体業界がどのように反応するかはまだ分からない。2022年に匿名の半導体工場で収集されたデータによると、工場の排水には78,000pptのPFASが含まれていることが判明した。これはEPAの基準値4pptを大きく上回る値であり、モナッシュ大学の新しい水ろ過システムが、PFASを大量に使用する半導体工場周辺の地域生態系に直接的なプラスの影響を与えることを証明している。業界全体の工場が地域社会の福祉のために新しいフィルターを自主的に使用してくれることを期待するのは良いことだが、半導体業界のこれまでの実績を見ると、おそらくそうはならないだろう。
サニー・グリムはTom's Hardwareの寄稿ライターです。2017年からコンピューターの組み立てと分解に携わり、Tom'sの常駐若手ライターとして活躍しています。APUからRGBまで、サニーは最新のテクノロジーニュースを網羅しています。
