Um dos principais materiais do nosso planeta, embora possa não parecer, é a areia. É composto por uma infinidade de minerais e graças a diferentes processos físicos e químicos, podemos utilizar este mineral para criar tudo, desde o vidro até aos chips dos nossos computadores ou telemóveis. Pode até ser usado não refinado para armazenar energia. Agora, dependendo do processo de refino, o resultado é um silício que serve para construir ligas, para células solares em painéis fotovoltaicos e o que nos interessa: semicondutores.
E acontece que a melhor areia do mundo está em Spruce Pine, na Carolina do Norte.
Como ‘tempero’ em Duna. Os processos geológicos são muito interessantes e algo curioso é que o que temos agora é o que existe. São processos que ocorrem constantemente, mas cujos resultados podemos explorar daqui a milhões de anos, e foi o que aconteceu com esta areia. Milhões de anos atrás, as placas tectônicas fizeram com que a área que hoje é Spruce Pine se localizasse ao sul do equador. Após uma grande colisão de placas, e conforme descrito pelo geólogo Alex Glover no site Our State of North Carolina, a fricção gerou um calor de mais de 2.000 graus que derreteu rochas a uma profundidade de 25 quilômetros. Eles se acumularam em covas e, ao longo de 100 milhões de anos, resfriaram e cristalizaram.
Por estarem em grande profundidade e não haver água para ‘contaminar’ o material, o resultado foram pegmatitos praticamente puros compostos por 65% de feldspato, 25% de quartzo, 8% de mica e vestígios de outros minerais. Nos 300 milhões de anos seguintes, a erosão desempenhou o seu papel e aproximou essa camada da superfície, tornando-a mais fácil de encontrar.
Isso é bonito. Na verdade, foram os nativos americanos que cavaram túneis profundos quando perceberam que havia material interessante para a sua cultura. Era mica e, por ser brilhante, servia para fazer colares, cintos, enfeites funerários e até dinheiro. Na verdade, desde os anos coloniais até o século 20, tanto os nativos americanos quanto os colonos extraíram mica e feldspato. Era uma fonte tão rica de mica que o desenvolvimento do automóvel, dos motores elétricos, dos cabos e dos primeiros dispositivos eletrônicos usou a mica Spruce Pine como material isolante e condutor.
A nova Meca da mineração. Se alguns anos antes foi a corrida do ouro que mobilizou grandes massas da população em busca de riquezas, por volta da década de 1940 foi o feldspato e a mica deste lugar. Isso fez com que a área, que é bastante pequena, com cerca de 40 por 8 quilômetros, experimentasse um apogeu. Pistas de boliche, cinemas, restaurantes e estação de trem. Como o próprio Glover explicou na Wired, durante anos os habitantes locais pegaram os pegmatitos e separaram a mica e o feldspato manualmente. Curiosamente, o quartzo (já chegamos ao quartzo, que é a parte importante da história) foi jogado fora porque não se sabia o que fazer com ele. Na verdade, ou era jogado fora ou usado para fazer tijolos.
Do lixo aos transistores. A pureza de cada um dos componentes do pegmatito atraiu diferentes empresas. A Corning Glass Company usou feldspato para fazer vidro (tão puro que foi usado para fazer os espelhos de um enorme telescópio que exigia a fusão de 20 toneladas de material. A partir da década de 1950, a era da computação começou a ganhar impulso e eles perceberam que o enorme vácuo computadores de tubo não eram uma opção – o enorme sistema precisava ser substituído por algo menor e mais eficiente.
Foi então que eles começaram a fazer experiências com transistores e descobriram que o silício e o germânio eram muito superiores em eficiência e conveniência aos tubos de vácuo. Após vários testes e experimentos rudimentares, descartaram o germânio e optaram pelo silício obtido no refino do quartzo.
99,99999999999%. Depois do oxigênio, curiosamente, o silício é o elemento mais abundante na crosta terrestre. Porém, para a fabricação de semicondutores não pode ser utilizado qualquer silício e é necessário não só um processo de refino altamente otimizado, mas também que o material resultante seja suficientemente puro. Não é necessário ter esse nível de pureza para criar painéis solares (e, de fato, foi encontrado um material melhor que o silício para isso), mas sim para semicondutores.
Já temos a pureza graças ao processo de criação dos pegmatitos da região, mas o silício precisou ser extraído. Para fazer isso, é necessário aquecer o quartzo em grandes fornos para separar o oxigênio. Isso nos deixa com silício metálico com 99% de silício puro. Não é suficiente, então os próximos passos são expor esse silício puro a vários processos químicos para separar os compostos e derreter o resultado para limpar ainda mais o material. A coisa realmente difícil? Que o resultado de cada etapa não seja contaminado por outros materiais. Quando tudo corre como planejado, o silício é obtido com 99% e onze noves a mais de pureza.
É isso que é necessário para criar semicondutores e, após todo o processo, são criados lingotes de silício de alta pureza que são cortados em ‘fatias’ e vendidos aos fabricantes. Esses são os wafers nos quais os transistores são impressos e, no final das contas, é o que praticamente todos os dispositivos que temos ao nosso redor usam como ‘cérebro’.
Ouro dos Apalaches. Quando a indústria percebeu tudo isso, correu como lobos para controlar a produção. Intel, IBM, Motorola e Texas Instrument já necessitavam de enormes quantidades de silício praticamente puro para os seus microchips e, em 1970, nasceu uma empresa chamada Unimin (hoje parte do conglomerado Sibelco). Comprou a área e diversas mineradoras até controlar praticamente toda a exploração de Spruce Pine. É tão importante que um incêndio numa das suas fábricas em 2008 fez com que a indústria prendesse a respiração.
Vital para a América. Como podem imaginar, a exploração de Spruce Pine é vital para a indústria e os Estados Unidos estão actualmente num momento em que terão de comprar muitas, muitas bolachas à Sibelco. A razão é que, durante muitos anos, a Ásia foi o grande produtor de chips, mas com as tensões entre a China e os Estados Unidos, o país norte-americano percebeu que não pode depender da indústria externa. É por isso que está a investir uma enorme quantidade de recursos na atração de talentos para construir chips dentro das suas fronteiras.
Obviamente, Spruce Pine também é vital para o resto do mundo e a China poderá encontrar-se em sérios problemas se, em algum momento, os Estados Unidos vetarem a compra de wafers ao gigante asiático. Seria um grande conflito para ambos os territórios, já que a China precisa do semicondutor para imprimir padrões de transistores (a SMIC está muito envolvida em ajudar a Huawei a criar seus processadores), mas a economia dos Estados Unidos seria atingida se vetassem esse acesso ao produto da Sibelco.
Não há alternativas conhecidas. A grande questão é: a China ou qualquer outro país não poderia refinar o silício a este nível? O problema, além da própria técnica para que não haja impurezas no processo de refino, é que não foram encontradas outras fontes de quartzo tão puras como as do Spruce Pine. Como dissemos há alguns parágrafos, ocorreu uma coincidência geológica naquela área que tem milhões de anos e entram na equação tanto a temperatura atingida nas placas tectônicas quanto a ausência de partículas contaminantes.
E… qual é a produção? Bom, não se sabe e, na verdade, temos que partir para estimativas. Como lemos no SCMP, os analistas estimam que as minas da Sibelco e da The Quartz Corp em Spruce Pine produzem entre 80 e 90% da oferta mundial, mas como dizemos, não existe uma quantidade exata que nos permita ter uma ideia do que isso significa essa porcentagem. A razão é que este assunto é extremamente secreto.
Sigilo abusivo. Esse sigilo é algo que parece saído de filmes de espionagem. A reportagem do Wire expõe casos peculiares, como a Unimin não permitir a saída de funcionários da área para a qual tem autorização, contratos com diversos fornecedores e até diversos empreiteiros em caráter temporário para que nenhum deles saiba muito sobre o que acontece no local. Ou fortes cláusulas de confidencialidade para todos os funcionários.
Depois temos histórias como as do já citado Alex Glover. Aponta casos de demissões repentinas por trazer alguém não autorizado ao trabalho, cláusulas que impedem o pessoal da empresa de conviver com pessoas que trabalham em concorrente e até pessoas que vão de olhos vendados para o trabalho, sim, para alcançá-lo é preciso cruzar alguma chave ponto para o qual você não tem autorização. É preciso dizer que essas histórias não puderam ser verificadas porque a Sibelco não possui departamento de relações públicas. Na verdade, no site deles você tem que clicar em ‘mais’ para encontrar as inscrições eletrônicas e eles também não entram em muitos detalhes.
Um diamante cercado pela pobreza. Poderíamos pensar que tal lugar seria cercado de riqueza, como um Vale do Silício nos Apalaches, mas o condado de Mitchell, onde Spruice Pine está localizado, tem um salário médio de US$ 37.000 anuais, bem abaixo da média nacional de cerca de US$ 50.000. 20% da população do condado vive abaixo da linha da pobreza. Na região, Apple, Google e Microsoft abriram fábricas de servidores que ajudam a dar emprego à população, mas, além disso, a prosperidade observada na região na década de 1950 é apenas uma memória distante. Curioso pela exploração que guarda o segredo de todos os dispositivos que usamos no dia a dia.
Capa | Google Earth e Alejandro Alcolea
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