Đất hiếm - Tương lai của năng lượng tái tạo

Mỏ khai thác đất hiếm Mountain Pass, Mỹ.

Tuy nhiên, đất hiếm cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.

Đất hiếm có hiếm?

Mùa Xuân năm 1949, ba nhà thám hiểm người Mỹ đã tìm đến Dãy núi Clark, bang California để thăm dò uranium. Thời điểm đó, thế giới bước vào thời kỳ Chiến tranh Lạnh, Mỹ cần uranium để xây dựng kho vũ khí hạt nhân. Tuy nhiên, thay vì uranium, nhóm thám hiểm đã phát hiện ra một tài nguyên kỳ lạ mang tên đất hiếm.

Đất hiếm (rare earth) là nhóm nguyên tố hiếm có hàm lượng ít nằm trong vỏ Trái đất và rất khó tách thành từng nguyên tố riêng biệt. Thực tế, đất hiếm không hiếm như tưởng tượng nhưng chúng được phân bổ trên Trái đất với trữ lượng thấp, khó khai thác. Việc tách lấy và tinh lọc chúng rất khó khăn. Đáng chú ý, đất hiếm không thể tái tạo được.

Tại Dãy núi Clark, nhóm nguyên tố được tìm thấy trong đất hiếm gồm xeri, europium... Trong vài thập kỷ tiếp theo, địa điểm này, được đổi tên là mỏ Mountain Pass, trở thành nguồn khai thác nguyên tố đất hiếm lớn nhất thế giới.

Vào cuối những năm 1980, Trung Quốc đã tăng cường tìm kiếm và khai thác đất hiếm trực tiếp trên lãnh thổ và bán với giá thấp hơn của Mỹ. Sự cạnh tranh của Trung Quốc cùng với làn sóng chỉ trích về vấn đề môi trường đã khiến Mỹ phải đóng cửa mỏ khai thác Mountain Pass vào năm 2002.

Tuy nhiên, việc khai thác tại Mountain Pass đang hoạt động trở lại từ sau cuộc cách mạng công nghệ xanh của thế kỷ 21. Hiện nay, đất hiếm được sử dụng trong các ngành công nghệ cao như thực phẩm, y tế, gốm sứ, lắp đặt thiết bị công nghệ... Trong nông nghiệp, đất hiếm bổ sung thêm chất dinh dưỡng cho cây trồng nhằm tăng năng suất, chống sâu bệnh.

Ngoài ra, để đáp ứng các mục tiêu về giảm phát thải khí nhà kính theo Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu năm 2015, các nước phải tăng cường sản xuất năng lượng tái tạo. Điều này đồng nghĩa tăng nhu cầu khai thác đất hiếm.

Các nguyên tố đất hiếm phần lớn được sử dụng như những nguyên liệu thô đầu vào cho quá trình sản xuất nam châm vĩnh cửu. Đây là một thành tố cấu tạo nên máy phát điện sử dụng trong các tuabin gió và động cơ kéo trong các phương tiện giao thông chạy điện. Cho dù có nhiều loại nam châm khác nhau, nhưng nam châm NdFeB lại được sử dụng phổ biến nhất bởi những đặc tính vượt trội của nó.

Tính đến năm 2018, các máy phát điện nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong hầu hết mọi tuabin điện gió ngoài khơi tại châu Âu, và chiếm khoảng 76% tổng số các tuabin điện gió ngoài khơi trên biển toàn cầu.

Chính nhờ vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nền kinh tế xanh, đất hiếm đang “nóng” hơn bao giờ hết. Dự kiến, việc khai thác đất hiếm sẽ tăng gấp 12 lần vào năm 2050.

Nhu cầu trên đã thúc đẩy các quốc gia, doanh nghiệp trên thế giới săn lùng và khai thác đất hiếm. Nhấn mạnh tầm quan trọng của khai thác đất hiếm tại Mỹ, tháng 2/2021, chính quyền Tổng thống Joe Biden đã khẳng định, đây là vấn đề an ninh quốc gia.

Đất hiếm được sử dụng trong các ngành công nghệ cao và năng lượng tái tạo.

Con dao hai lưỡi

Người Nhật Bản gọi đất hiếm là “hạt giống của công nghệ” còn Mỹ coi đây là những “kim loại của công nghệ”. Trong khi đó, Trung Quốc hiện đang là một “ông trùm” trong ngành công nghiệp đất hiếm. Một số quốc gia đang khai thác đất hiếm có thể kể đến như Mỹ, Trung Quốc, Nga, Australia, Thái Lan, Việt Nam, Thổ Nhĩ Kỳ...

Tuy nhiên, việc khai thác đất hiếm là con dao hai lưỡi bởi chúng cũng chính là nguyên nhân gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.

Nhà địa lý học Julie Klinger, Trường ĐH Delaware, bang New Jersey, Mỹ, cho biết: “Đất hiếm được khai thác bằng cách đào những hố lộ thiên rộng trong lòng đất. Điều này có thể gây ô nhiễm môi trường và phá vỡ hệ sinh thái. Nếu quản lý kém, việc khai thác có thể tạo ra các ao nước thải chứa đầy axit, kim loại nặng hay chất phóng xạ rò rỉ vào hệ thống nước ngầm...”.

Vào năm 2010, chính quyền thành phố Bao Đầu, Trung Quốc, gần khu vực khai thác đất hiếm đã cảnh báo chất thải từ việc khai thác đất hiếm chứa phóng xạ, asen và flo đã ngấm vào đất nông nghiệp và nguồn nước địa phương. Không khí cũng bị ô nhiễm bởi khói và bụi độc hại làm giảm tầm nhìn. Nhiều người dân sống gần khu mỏ cảm thấy buồn nôn, chóng mặt, đau nửa đầu và viêm khớp.

Do đó, Hội đồng Nhà nước Trung Quốc cảnh báo ngành công nghiệp đất hiếm đang gây “thiệt hại nghiêm trọng cho môi trường sinh thái”. Việc khai thác cũng dẫn đến sạt lở đất và tắc nghẽn sông ngòi.

Nhìn chung, cả quá trình khai thác lẫn tách lấy đất hiếm đều gắn liền với vấn đề môi trường bởi nó thải ra nhiều chất độc hại. Chưa kể đến quá trình khai thác làm giảm hiệu quả của đất hiếm. Để khai thác một lượng nguyên tố đủ bán ra thị trường, các công ty phải mất rất nhiều thời gian và công đoạn.

Ông Santa Jansone-Popova, làm việc tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Mỹ, đánh giá: Với các phương pháp hóa học hiện nay, cần rất nhiều giai đoạn để phân tách nguyên tố đất hiếm như mong muốn. Điều này khiến toàn bộ quá trình khai thác trở nên phức tạp, tốn kém và tạo ra nhiều chất thải hơn.

Hiện nay, nhận thức được mối nguy hiểm của việc khai thác đất hiếm, nhiều quốc gia đã xây dựng chính sách để khai thác “xanh”. Đơn cử, Mỹ đang thử nghiệm giải pháp thay thế cho việc khai thác như tái chế đất hiếm từ các thiết bị điện tử cũ, phục hồi đất hiếm từ chất thải than đá...

Trung Quốc cắt giảm xuất khẩu đất hiếm trong năm 2010 xuống 40%. Tuy nhiên, điều này chỉ khiến giá cả tăng vọt và thúc đẩy khai thác đất hiếm từ những nơi khác trên thế giới.

Viện Tài nguyên Thế giới kêu gọi các quốc gia tái chế nguyên tố đất hiếm nhiều hơn để giảm nhu cầu khai thác và tách lấy mới. Tuy nhiên, việc cân bằng giữa khai thác và sử dụng đất hiếm gắn với bảo vệ môi trường và biến đổi khí hậu vẫn là một thách thức lớn của ngành công nghiệp đất hiếm toàn cầu. Điều đó đặt ra câu hỏi khai thác đất hiếm có thực sự là tương lai của năng lượng tái tạo hay không?

Nguyễn Minh (TH)