Đất hiếm - Cuộc chiến "vàng công nghiệp"(*): Những nút thắt cổ chai

Tin vui cho Nhật Bản, mỏ đất hiếm của họ có trữ lượng khổng lồ: Khoảng 16 triệu tấn, là mỏ lớn thứ 3 thế giới, được phát hiện năm 2013 và "có tiềm năng cung cấp kim loại cho thế giới gần như vô hạn" trong khoảng thời gian từ 420 - 780 năm - theo nghiên cứu chung năm 2018 của các nhà khoa học nước này. Tin không mấy vui: Việc khai thác sẽ rất tốn kém và khó khăn bởi mỏ nằm ở độ sâu ước tính 5.000-6.000 m dưới đáy biển!

Thách thức về môi trường

Khi Tổng thống Mỹ Donald Trump thăm Nhật Bản hồi đầu tháng này, ông và tân Thủ tướng nước chủ nhà Sanae Takaichi đã ký thỏa thuận nghiên cứu phát triển mỏ đất hiếm nói trên trong vùng biển quanh đảo Minamitori ở Thái Bình Dương, cách Tokyo khoảng 1.900 km về phía Đông Nam.

Theo bà Takaichi, Nhật Bản dự định thử nghiệm tính khả thi của việc kéo bùn chứa đất hiếm từ độ sâu 6.000 m vào tháng 1 năm sau. Nếu thành công, dự án đặt mục tiêu vận hành thử một hệ thống có khả năng thu hồi 350 tấn bùn mỗi ngày từ tháng 1-2027 và có thể cung cấp cho khu vực tư nhân vào năm 2028.

Đất hiếm là nhóm 17 nguyên tố kim loại được phân loại theo khối lượng nguyên tử thành "nhẹ", "trung" và "nặng", nhìn chung nguyên tố càng nặng thì giá trị càng cao. Theo tờ The Straits Times, các nhà khoa học cho biết mỏ đất hiếm quanh Minamitori có nồng độ đất hiếm trung và nặng cao hơn nhiều so với tại Trung Quốc. Tuy nhiên, khai thác quy mô lớn ở độ sâu tới 6.000 m là một nỗ lực vô cùng tốn kém và chưa từng có tiền lệ.

"Mỗi chuyến khảo sát dự kiến tiêu tốn hơn 150 triệu yen (gần 1 triệu USD)" - ông Takahide Kiuchi, kinh tế gia điều hành tại Viện Nghiên cứu Nomura, nói với tờ Straits Times. Tiến sĩ Kazuto Suzuki, chuyên gia về an ninh kinh tế tại Đại học Tokyo, bổ sung rằng cần xây các nhà máy tinh chế mới để xử lý lượng khoáng sản được khai thác từ vùng biển quanh Minamitori.

Trong khi đó, Úc lại đối mặt nhiều vấn đề môi trường, nhất là sau khi nước này ký thỏa thuận trị giá 13 tỉ USD với Mỹ vào tháng trước nhằm thúc đẩy sản xuất và tinh chế đất hiếm, Úc buộc phải đối mặt trực diện. Giáo sư Marjorie Valix, chuyên gia về chế biến khoáng sản bền vững tại Đại học Sydney, nhấn mạnh: "Nước chính là một trong những nút thắt lớn".

Đối với mỗi tấn ô xít đất hiếm được sản xuất, sẽ có khoảng 2.000 tấn nước thải có tính a xít thải ra - đây là kết luận mà Giáo sư Jane Klinger, tác giả cuốn Rare Earth Frontiers, chia sẻ với ABC News sau khi bà có cơ hội đến thăm mỏ đất hiếm Bayan Obo lớn nhất thế giới nằm ở Bao Đầu, Khu tự trị Nội Mông của Trung Quốc hơn một thập niên trước. Giáo sư Jane Klinger tiết lộ một trong những bài học quan trọng nhất bà rút ra ở Trung Quốc thực ra lại rất đơn giản: Đừng làm ô nhiễm nguồn nước ngầm!

Nhiều giải pháp thay thế

Chính vì ý thức được điều đó, Lynas Rare Earths - nhà sản xuất đất hiếm lớn nhất Úc - sau này đã xây dựng một cơ sở lưu chứa kín, vĩnh viễn để ngăn thấm vào nước ngầm. Trong khi đó, dự án mỏ Donald Rare Earth and Mineral Sands ở phía Tây bang Victoria sẽ sử dụng phương pháp khai thác dùng ít hóa chất hơn so với khai thác đá cứng để tách đất hiếm. Dự án này được kỳ vọng trở thành mỏ đất hiếm lớn thứ tư trên thế giới nằm ngoài Trung Quốc.

Tại phía Tây của Úc, Công ty Iluka Resources đang xây dựng nhà máy tinh chế đất hiếm đầu tiên của nước này. Ông Dan McGrath, lãnh đạo mảng đất hiếm của Iluka, nói với ABC News rằng nhà máy lọc sẽ vận hành theo mô hình không thải lỏng. "Ngoài ra, các chất phản ứng chúng tôi sử dụng sẽ tạo ra phân bón phụ phẩm có thể bán được thay vì phải xử lý thải bỏ". Dù vậy, quy trình này - nghiền đá, tách khoáng chất và trung hòa chất thải - đòi hỏi lượng nước cực lớn. Nhà máy tinh chế của Iluka dự kiến tiêu thụ gần 1 gigalit nước ngầm mỗi năm. Và đó cũng là điều mà các nhà địa chất cảnh báo đối với các dự án đất hiếm: Cần có nguồn nước bảo đảm và kế hoạch dài hạn tính đến tác động của biến đổi khí hậu.

Cũng theo ABC News, ngành công nghiệp đất hiếm đang khám phá những công nghệ khai tách không dùng nước, chẳng hạn là solvolysis - một quy trình sử dụng các dung môi hóa học thay vì nước để tách đất hiếm. Trung Quốc có thể đã đi trước một bước khi thử nghiệm các kỹ thuật mới ở quy mô lớn, như kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Sustainability hồi tháng 1 năm nay. Trong đó, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tuyên bố một bước đột phá: Một kỹ thuật khai tách điện động giúp giảm 80% lượng chất rửa trôi, rút ngắn 70% thời gian khai thác và giảm 60% mức tiêu thụ năng lượng.

Một hướng tiếp cận quan trọng khác là tái chế. Ông JB Straubel, đồng sáng lập Tesla và là CEO của Redwood Materials, đang dẫn đầu ngành tái chế pin tại bang Nevada - Mỹ, đồng thời xây mới một nhà máy trị giá 3,5 tỉ USD ở Nam Carolina. Mục tiêu là lấy các pin cũ từ xe điện và thiết bị khác để "khai thác" lại những khoáng chất quan trọng bên trong như lithium, cobalt, nickel và đồng. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn, trong đó tái chế - chứ không phải khai thác - mới là nguồn cung khoáng sản chủ yếu. Kết quả, Redwood hiện là "nhà khai thác" cobalt hàng đầu của Mỹ một cách phi chính thức nhờ tái chế và cũng nằm trong nhóm dẫn đầu về lithium và niken.

Dù vậy, tái chế không phải là con đường dễ đi. Chẳng hạn như Liên minh châu Âu (EU), nơi đã đặt mục tiêu đến năm 2030 sẽ khai thác ít nhất 10% lượng nguyên liệu thô mà họ cần, chế biến 40% và tái chế 25%. Song, tỉ lệ đất hiếm tiêu thụ trong EU được tái chế hiện chưa tới 1% - đài DW dẫn thông tin từ một người phát ngôn của EU. Theo ông Jan Giese, quản lý cấp cao tại nhà phân phối sản phẩm kim loại TRADIUM của Đức, các khó khăn đến từ phế liệu có giá trị lại có giá cao, chi phí sản xuất ở châu Âu cao hơn, năng lực tái chế thấp… 

Nam châm không đất hiếm

Một hướng đi khác được giới khoa học nhiều nước thử nghiệm là phát triển các loại nam châm và vật liệu không dùng đất hiếm. Tại Nhật Bản, theo đài CNBC, Toyota đã đầu tư vào các công nghệ nhằm giảm sử dụng các nguyên tố đất hiếm.

Tại Mỹ, Công ty Niron Magnetics ở bang Minnesota vừa khởi công nhà máy đầu tiên sản xuất nam châm làm từ hợp chất sắt nitrit - sử dụng sắt từ ngành luyện thép trong nước và ni-tơ từ ngành sản xuất phân bón. "Chúng ta cần tăng gấp 3 số lượng nam châm trên thế giới nhưng lượng đất hiếm hiện nay chỉ đủ để tăng gấp đôi, tính cả những gì đang được khai thác và các mỏ mới sắp hoạt động" - CEO của Niron, ông Jonathan Rowntree, cho biết.

Công nghệ của Niron Magnetics mất hơn một thập kỷ để phát triển và họ vẫn đang tiếp tục tăng độ mạnh của nam châm. Hiện công ty đã có quan hệ hợp tác với hãng xe lớn Stellantis để phát triển động cơ.

(*) Xem Báo Người Lao Động từ số ra ngày 27-11