Thiếu kim loại hiếm cản trở công nghệ xanh

Tình trạng khan hiếm một số kim loại hiếm, trong đó có đất hiếm – kim loại được dùng trong nhiều vật dụng, thiết bị từ pin xe điện, pin mặt trời đến các tua-bin gió – đang cản trở sự phát triển của công nghệ năng lượng tái tạo. Điều này đặt ra yêu cầu phải nhanh chóng tìm ra những tài nguyên thay thế hoặc những phương pháp tốt hơn để tái tạo chúng.

Trong bối cảnh thế giới đang nỗ lực cùng nhau giảm phát thải khí nhà kính, công nghệ tiết kiệm năng lượng hay tiết kiệm tài nguyên được coi là một trong những giải pháp khả thi. Tuy nhiên, trên thực tế giải pháp này lại chưa được phát huy đầy đủ thế mạnh chỉ bởi không có đủ nguyên liệu sản xuất.

Ông Alex King, Giám đốc Viện Vật liệu Hiếm, nêu ví dụ: thông thường, mỗi trang trại gió sẽ có một vài tua-bin không hoạt động do hộp số bị hỏng. Dĩ nhiên chúng hoàn toàn có thể sửa được nhưng sẽ mất rất nhiều thời gian và trong khoảng thời gian đó, chúng ta sẽ bỏ phí một lượng lớn phong điện phục vụ phát triển. Ngày nay, việc tạo ra một tua-bin gió bền hơn mà không cần hộp số là hoàn toàn có thể song phải cần đến cả một xe tải đất hiếm trong khi điều này gần như không thể vì nguồn cung có hạn.

Tương tự, năm 2009, Bộ Năng lượng Mỹ từng quyết tâm thực hiện bước chuyển đổi từ các loại bóng đèn thông thường sang bóng đèn huỳnh quang thế hệ mới với hiệu suất năng lượng gấp đôi. Tuy nhiên, kỳ vọng này cuối cùng không thể thực hiện vì các công ty không thể thu thập đủ lượng đất hiếm đáp ứng nhu cầu sản xuất loạt bóng đèn mới.

Xu thế dịch chuyển theo hướng công nghệ mới tiến bộ hơn – từ điện thoại thông minh đến ô tô điện – đang đẩy nhu cầu về nguồn kim loại quý hiếm lên cao chưa từng có. Những tấm pin mặt trời mỏng, giá thành rẻ cần tới tellurium – thứ kim loại chỉ chiếm 0,0000001% vỏ Trái đất và vì vậy trở nên hiếm hơn vàng gấp 3 lần. Các loại pin hiệu suất cao lại cần lithium – thứ kim loại chỉ có thể chiết xuất từ các hồ mặn ở vùng Andes. Còn platinum – thứ kim loại được coi như chất xúc tác trong các pin nhiên liệu – cũng khan hiếm và có xuất xứ chủ yếu từ Nam Phi…

Chính sự khan hiếm đã đẩy giá trung bình của những kim loại như đất hiếm tăng tới 750% trong năm 2011, nhất là khi 97% sản lượng đất hiếm toàn cầu nằm trong tay Trung Quốc. Cho đến nay, giá cả của kim loại này đã được bình ổn, song trong tương lai, nguồn cung đất hiếm cùng những kim loại hiếm khác vẫn còn là câu hỏi lớn. Dự báo tình trạng nguồn cung kim loại hiếm, tìm ra nguồn cung thay thế hay triển khai hoạt động tái chế do vậy trở nên ngày càng cần thiết đối với quá trình phát triển công nghệ xanh.

Mặc dù nhu cầu lớn, chi phí cao nhưng rất ít kim loại hiếm được đem đi tái chế. Ước tính năm 2009, chỉ có chưa đầy 1% đất hiếm được tái chế. Và trong số 49 triệu tấn rác điện tử mà thế giới thải ra trung bình mỗi năm cũng chỉ có khoảng 10% được tái chế.

Một trong những rào cản lớn đối với giải pháp tái chế kim loại hiếm là việc chiết tách chúng ra khỏi các thiết bị công nghệ hiện đại bởi phân lượng của chúng trong các thiết bị tinh vi ấy quá nhỏ. Thế nhưng khó không có nghĩa là không thể. Chi nhánh Hoboken của Công ty Umicore (có trụ sở tại Brussels, Bỉ) mỗi năm có khả năng tái chế khoảng 350.000 tấn chất thải điện tử, không ngoại trừ các pin quang điện và bảng mạch máy tính. Cách đây 2 năm, Công ty này từng bắt tay với Công ty Solvay của Pháp trong dự án tái chế đất hiếm từ pin hy-đrua.

Trong một nỗ lực khác, từ tháng 3/2013, Công ty xe hơi Honda (Nhật Bản) cũng tuyên bố phát triển chương trình tái chế pin hy-đrua kim loại. Chương trình được hãng lên kế hoạch thử nghiệm từ những chiếc xe hơi bị hư hỏng sau thảm họa kép tại Nhật Bản đầu năm 2011.

Tuy nhiên, trước khi tiến hành chiết tách, tái chế kim loại hiếm, người ta phải lấy được bộ pin hoặc các bộ phận chứa các kim loại ấy ra khỏi máy móc hoặc các thiết bị lớn hơn. Đây là công việc tưởng như đơn giản nhưng kỳ thực không dễ dàng. Nó thường được giao cho những người lao động được trả lương thấp ở các nước như Trung Quốc hay Nigeria.

Một trong những địa danh quy tụ nhiều rác điện tử nhất Trung Quốc là thị trấn Quý Tự thuộc tỉnh Quảng Đông. Tại đây hiện đang tập trung tới hơn 100.000 lao động làm công việc tháo gỡ rác điện tử, nấu chảy các bảng mạch để loại bỏ lớp nhựa, sau đó lọc kim loại bằng a-xít. Công việc của họ không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của bản thân và gia đình họ.

Ở Mỹ, hoạt động tái chế kim loại hiếm cũng diễn ra rầm rộ. Trong khoảng 20 sản phẩm từ nhựa đến kim loại, thì pin a-xít chì, vốn được dùng chủ yếu trong xe hơi, có tỷ lệ tái chế cao nhất (98%), tiếp đó là các loại lon nhôm (50%). Trách nhiệm phục hồi và tái chế sản phẩm được Chính phủ Mỹ giao cho các nhà sản xuất, vì vậy ngay từ giai đoạn đầu, họ cần phải bảo đảm các sản phẩm của mình có thể dễ dàng tái sử dụng hoặc dễ chia tách.

Song, giải pháp này chỉ thực sự khả thi đối với các kim loại hiếm mà trong dài hạn, nhu cầu về chúng dự kiến sẽ chững lại. Còn với các kim loại hiếm mà nhu cầu dự kiến sẽ tăng trong tương lai thì việc tìm ra các mỏ mới mới được coi là giải pháp hứa hẹn.

Một lựa chọn khác nên được cân nhắc là thúc đẩy quy trình khai thác trở nên hiệu quả hơn. Chẳng hạn, để khai thác được đất hiếm, các công ty phải tiến hành nghiền đá, cho đá nước, thổi bong bóng cho các nguyên tố đất hiếm nổi lên để chiết tách. Nhưng cách làm này chỉ giúp thu được khoảng 65% lượng đất hiếm có trong quặng. Còn nếu chúng ta phát minh ra một loại bụi khi rắc xuống nước có thể làm cho lượng đất hiếm nổi lên từ 65 – 75% thì trước mắt chỉ cần tập trung vào các mỏ hiện tại, không cần thiết phải mở thêm bất kì mỏ mới nào – ông Alex King chia sẻ và cũng  bày tỏ hy vọng rằng công nghệ mới này sẽ thành công trong khoảng một hoặc hai năm nữa. 

Giải pháp sau cùng là tìm các nguyên liệu thay thế không đòi hỏi nhiều nguyên tố hiếm làm đầu vào sản xuất. Đây là một nhiệm vụ hết sức nặng nề bởi rất khó có thể tìm ra loại nguyên liệu nào thay thế được vai trò của các kim loại hiếm. Lấy một ví dụ, đất hiếm là thành phần quan trọng trong nam châm vì nó có thể áp chế từ tính mạnh mẽ của sắt. Do đó, việc nỗ lực nghiên cứu để làm cho nam châm mạnh mẽ hơn mà không cần bất kỳ loại đất hiếm nào thực sự rất khó đạt được. Song khó không có nghĩa là không thể, những thành tựu khoa học trong tương lai được kỳ vọng sẽ biến những gì không thể thành có thể.

Nguồn: BizLIVE.vn