Những yêu cầu mới từ khai thác, chế biến kim loại xanh

Tình trạng biến đổi khí hậu ngày càng thúc ép con người chuyển đổi sang nền công nghệ xanh, cả trong sản xuất và tiêu dùng, bắt đầu bằng việc hình thành các nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo. Vì thế, kim loại xanh, nhân tố chủ chốt để có thể sản sinh ra các nguồn điện sạch đang trở thành nhu cầu cấp thiết, kích hoạt các cuộc cạnh tranh và cả những tranh chấp địa chính trị. Áp lực nguồn cung các kim loại cần thiết để làm ra năng lượng tái tạo và sản xuất xe điện ngày càng tăng khi các nước chạy đua trung hòa carbon vào năm 2050.

Người ta phân kim loại xanh làm ba nhóm. Trước hết là nhôm và thép cho việc sản xuất các tấm pin và turbine, cùng với đó là đồng vốn rất quan trọng cho mọi thứ, từ sản xuất ô tô đến cáp điện. Nhóm thứ hai được dùng chủ yếu trong xe điện, gồm Cobalt, Lithium và Nicken tạo nên cực âm và than chì (Graphite) là thành phần chính của cực dương. Nhóm cuối cùng nhưng khan hiếm nhất là các loại đất hiếm từ tính như Neodymium dùng trong các động cơ và máy phát điện. Ước tính nhu cầu đất hiếm sẽ tăng gấp 6 lần vào năm 2040, Lithium và Cobalt gấp 10-20 lần vào năm 2050 do sản xuất xe điện, và Dysprosium, Neodymium từ 7-26 lần trong 25 năm tới cho nhu cầu xe điện và turbine gió.

Đất hiếm hay REE (rare earth elements) gồm 15 nguyên tố kim loại trong bảng tuần hoàn, từ Lantanum (La) đến Lutetium (Lu), cùng với Scandium (Sc) và Yttrium (Y). Nhóm REE này có hàm lượng rất thấp trong các khoáng chất, và cả khi được tìm thấy chúng vẫn khó tách khỏi các nguyên tố khác, điều này khiến chúng trở nên hiếm. Việt Nam đang sở hữu đặc biệt nhóm đất hiếm, với trữ lượng chi phối chỉ sau Trung Quốc. Mặc dù chúng ta đã biết nguồn tài nguyên quý giá này từ những năm 1980 và cách nay gần 10 năm đã cấp phép khai thác thí điểm cho một vài mỏ. Nhưng tất cả dừng lại ở đó vì chưa chủ động được công nghệ sạch và biện pháp an toàn bảo vệ môi trường.

Một trong những bí quyết công nghệ thế giới hiện nay là sản xuất ra các thứ turbine từ siêu nhỏ dùng trong y tế đến thông dụng hơn, như xe điện hay cực lớn trong ngành điện gió bằng sử dụng loại nam châm đất hiếm – thứ nam châm vĩnh cữu, mạnh gấp hàng vạn đến hàng triệu lần so với nam châm từ tính của sắt.

Nam châm đất hiếm đầu tiên được phát triển trên Samarium và Cobalt (SmCo) ở Mỹ từ những năm 1960. Đến những năm 1980, người Mỹ và Nhật đã phát triển một loại nam châm đất hiếm rẻ hơn và mạnh hơn: nam châm Neodymium-Sắt-Boron (NdFeB). Ngày nay, nam châm NdFeB chiếm phần lớn sản lượng nam châm vĩnh cửu đất hiếm trên toàn cầu. Một phần Neodymium đó có thể được thay thế bằng một loại đất hiếm khác là Praseodymium (Pr). Vì vậy, nam châm NdFeB còn được gọi là nam châm NdPr.

Dù Trung Quốc là nước sản xuất nam châm đất hiếm lớn nhất, đến 87% sản lượng trong năm 2018, họ phải trả phí sử dụng bằng sáng chế cho các nước khác, như Hitachi Metals của Nhật Bản.

Vấn đề lớn đầu tiên của ngành công nghiệp đất hiếm là khai thác. Có hai phương pháp chính để khai thác REE, và đáng tiếc, cả hai đều thải ra một loạt hóa chất độc hại. Phương pháp thứ nhất là hình thành các ao lọc, nơi hóa chất được đổ vào đất để chiết tách kim loại đưa đi tinh chế, và rồi các hóa chất thấm vào nước ngầm gây ô nhiễm cả vùng rộng lớn từ mặt đất đến sông suối. Phương pháp thứ hai là khoan đặt các ống nhựa PVC rồi đổ hóa chất vào đó để chiết tách mà không phải đào xới, nhưng hóa chất vẫn thấm vào đất vào nước.

Nhìn chung, cứ mỗi tấn đất hiếm sẽ tạo ra 2.000 tấn chất thải độc hại. Nơi các bãi thải, lượng khoáng phóng xạ gồm Thorium và Uranium luôn đi kèm đất hiếm tích tụ lại và Trung Quốc là nước khai thác đất hiếm nhiều nhất với các mỏ cực lớn như Bayan-Obo đã phải công nhận sự xuất hiện những làng ung thư!

Mỹ, EU cũng như Nhật, Úc đang phải triển khai những công nghệ mới, bắt đầu từ việc khai thác với vi khuẩn thay vì hóa chất, và từ chiết tách trong tro than thay vì ngoài mặt đất. Họ đang hợp tác quốc tế để xây dựng lại chuỗi cung ứng đất hiếm dựa trên tài nguyên và công nghệ sạch. Gần đây, việc ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược toàn diện với Mỹ giúp Việt Nam có cơ hội tham gia vào chuỗi giá trị công nghiệp đất hiếm cũng như công nghiệp bán dẫn nhờ vào chế độ “friendshoring” hiện hành áp dụng giữa các nước thân thiện.

Hoàng Việt