Yêu cầu cấp thiết của thế giới

Kim loại hiếm chủ yếu được sử dụng trong các công nghệ mới áp dụng cho điện tử, quốc phòng và chuyển đổi năng lượng. Đây là kim loại có sản lượng thấp so với các kim loại cơ bản là sắt, nhôm, đồng. Gần 2 tỉ tấn sắt đã được sản xuất trong năm 2016 so với chỉ 250 tấn kim loại hiếm, beryllium. Kim loại hiếm thường là “đồng sản phẩm”, có nghĩa chúng được thu hồi cùng với các kim loại khác. Ví dụ, coban là sản phẩm phụ của quặng đồng và niken; germanium có nguồn gốc từ quặng kẽm...

Quá trình chuyển đổi năng lượng của các nước sẽ đòi hỏi cực kỳ nhiều loại kim loại hiếm. Do đó, năm 2015, Liên minh điều phối nghiên cứu Pháp về năng lượng (ANCRE) đã chỉ ra rằng, turbine gió trên đất liền 6MW, cao 170m sẽ cần khoảng 1.500 tấn thép và vài chục kilogram đất hiếm, nhiều hơn 70% so với các công nghệ trước đây. Một tấm pin thu năng lượng mặt trời muốn có hiệu năng cao sẽ yêu cầu nhiều germanium và silicium, trong khi một chiếc xe hơi điện sẽ ngốn đến vài chục kilogram coban, niken, mangan và lithium trong pin của nó.

Khai thác kim loại hiếm ở Trung Quốc

Để sản xuất một chiếc máy bay cần vài tấn titan, nhôm, cũng như vài trăm kilogram coban. Máy bay A350, nhẹ hơn và do đó ít ngốn nhiên liệu hơn, được cấu tạo chủ yếu từ nhôm và lithium. Nghiên cứu của Cơ quan Quản lý năng lượng và môi trường Pháp (ADEME) về “điện hóa đội xe toàn cầu và mức độ quan trọng của lithium vào năm 2050” cho thấy sự chuyển đổi hoàn toàn phương tiện vận tải sang chạy điện sẽ gây thiếu hụt nặng nề đối với lithium...

Trung Quốc “thống trị” kim loại hiếm

Nửa sau của thế kỷ XX, thế giới ít quan tâm đến kim loại hiếm hơn so với nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch, được củng cố bởi hai cú sốc dầu mỏ năm 1973 và 1979.

Tuy nhiên, mức tiêu thụ của các kim loại hiếm vẫn tăng lên một cách đều đặn và việc khai thác kim loại hiếm bắt đầu xuất hiện ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở Mỹ Latinh (niobium, lithium...), châu Phi (coban, tantalum, platinoids...) và Trung Quốc (đất hiếm, vonfram, indium...).

Sự gia tăng của các nước đang phát triển trong chuỗi giá trị kim loại hiếm ban đầu dựa trên chi phí lao động thấp hơn và các ràng buộc môi trường thấp hơn so với các đối tác phương Tây, dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn. Tuy nhiên, một sự khác biệt được tạo ra: Nếu các nước phát triển, ngoại trừ Australia, Canada, không là các quốc gia khai thác, họ tăng cường năng lực tinh chế và biến đổi, hai bước rất cần thiết trong quá trình sản xuất, sử dụng kim loại hiếm. Pháp cũng giữ bí quyết công nghệ tinh chế coban, titan, indium, germanium hoặc gallium. Đức có công suất đáng kể đối với vonfram hoặc tantalum. Phần Lan là nhà sản xuất coban tinh chế lớn thứ hai thế giới.

Tuy nhiên, trên thực tế, trong số 27 loại kim loại hiếm được EU coi là quan trọng, có tới 97% được khai thác bên ngoài biên giới và Trung Quốc sản xuất hơn 50% trong số 16 loại. Mỹ hiện hầu như vắng mặt trong tất cả 5 phân khúc của chuỗi giá trị kim loại hiếm và các nước châu Âu cũng không khá hơn.

Vào tháng 5/2018, Tập đoàn Tianqui của Trung Quốc tuyên bố đã đạt được thỏa thuận mua lại 24% cổ phần của SQM - “người khổng lồ” lithium ở Chile. Nhờ thương vụ này, các công ty Trung Quốc chiếm hơn 50% trong lĩnh vực lithium thế giới. Trung Quốc giữ vị trí thống trị trong lĩnh vực vật liệu để sản xuất pin điện (lithium-coban) và các yếu tố cần thiết để chế tạo ôtô hybrid (vừa điện vừa xăng) hoặc với turbine gió (đất hiếm), làm chủ nhiều công nghệ cần thiết cho sự chuyển đổi năng lượng sang ít phát thải khí carbon.

Chiến lược nào cho châu Âu?

Mỹ gần đây đã công bố một danh sách các khoáng sản quan trọng nhưng cũng khởi động cuộc chiến thuế quan bằng cách đánh thuế nặng vào đồng và nhôm, vốn không được sản xuất trên đất Mỹ.

Vào tháng 9/2010, Trung Quốc đã ngừng xuất khẩu đất hiếm và các sản phẩm liên quan sang Nhật Bản, tước đi các yếu tố thiết yếu để ngành công nghiệp Nhật Bản phát triển mạnh mẽ. Nhật Bản đã áp dụng một chiến lược đa dạng: Bảo đảm nguồn cung ở nước ngoài, tái chế, phát triển các vật liệu thay thế và lưu trữ. Từ 30-40 chất đã được chọn mặc dù chương trình lưu trữ chỉ liên quan đến 7 kim loại (niken, crom, vonfram, coban, molypden, mangan và vanadium). Chính phủ Nhật Bản hỗ trợ các công ty của mình bằng cách cung cấp cho họ tài chính và kiến thức để tham gia cổ phần vào các dự án khai thác, cho dù đó là các cuộc khảo sát hoặc ở giai đoạn cao hơn. Nhật Bản cũng là một trong những quốc gia hàng đầu trong việc phát triển các công nghệ thay thế và tái chế.

Sự hồi sinh của các chiến dịch thăm dò đã giúp tìm thấy một số quặng kim loại hiếm ở Pháp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, các nước Trung Âu. Mặc dù khả năng sinh lãi thấp nhưng giá cả ngày càng tăng cao có thể thúc đẩy hoạt động khai thác kim loại hiếm. Một số mỏ lithium ở Bồ Đào Nha và Đức, coban ở Slovakia và Séc, đất hiếm ở Thụy Điển và vonfram ở Tây Ban Nha đang được quan tâm mạnh mẽ và có thể đi vào hoạt động trong trung hạn. Tuy nhiên, sự phản đối của công chúng đối với hầm mỏ và khả năng thu hút vốn đầu tư kém có thể làm cho các hoạt động khai thác kim loại hiếm khó thực hiện.

Thay thế cũng là một phương pháp được tính đến để giảm tác động của sự khan hiếm kim loại hiếm. Do đó, coban được thay thế một phần bằng carbua vonfram và các nghiên cứu đang được tiến hành để giảm việc sử dụng pin. Tuy nhiên, có hai điểm quan trọng không thể không quan tâm trong việc thay thế:

Thứ nhất, việc thay thế một vật liệu này bằng một vật liệu khác thường gây ra sự mất hiệu quả như trường hợp của nam châm vĩnh cửu.

Thứ hai, phải bảo đảm rằng, sự thay thế, thành quả của cuộc khủng hoảng ngày nay, không phải là hậu quả của cuộc khủng hoảng ngày mai. Ví dụ, cuộc khủng hoảng đất hiếm năm 2010 có một phần liên quan đến cuộc khủng hoảng coban vào cuối những 70 của thế kỷ trước, khi cuộc nội chiến ở Zairian đẩy giá của kim loại hiếm lên cao hơn.

Rác thải - nguồn lực chiến lược

Câu hỏi đặt ra: Nếu phần lớn quặng kim loại hiếm được sử dụng trong thiết bị điện tử hoặc công nghệ cao, tại sao không coi chất thải là tài nguyên chiến lược?

Việc khai thác thứ được gọi là “mỏ đô thị” sẽ giúp sử dụng một nguồn tài nguyên tương đối dễ tiếp cận và có nồng độ kim loại quý thường tốt hơn các mỏ ở dưới lòng đất.

EU đã bắt đầu tính đến vấn đề đó, bằng chứng là có rất nhiều chỉ thị được ban hành vài năm trước về việc tái chế pin, chất thải điện tử, cũng như kế hoạch hành động vì nền kinh tế tuần hoàn. Tuy nhiên, những khó khăn là rất nhiều cả về quy trình thu gom và tái chế chất thải như vậy và chỉ có cách tiếp cận chiến lược thực sự trong lĩnh vực quan trọng này mới mong vượt qua những khó khăn trên.

Thật vậy, rất nhiều chất thải không được thu gom bởi các mạng lưới theo quy chuẩn và được xuất khẩu bất hợp pháp ra nước ngoài, nơi chúng được tái chế rất bừa bãi và gây ô nhiễm. Ví dụ, chỉ có khoảng 5-10% tổng số pin lithium được thu thập mỗi năm. Việc thu hồi kim loại từ các sản phẩm điện tử và hợp kim rất phức tạp về mặt công nghệ. EU và Pháp có các công ty tái chế tiên tiến như Rémondis, Véolia, Eramet và HC Stark cho hợp kim, Umicore và Accurec cho pin.

Có thể nói, tận dụng triệt để và phát triển ngành công nghiệp tái chế rác thải điện tử để thu hồi kim loại hiếm là một nhiệm vụ chiến lược của các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, nói thì rất dễ, thực thi được mới khó.

S.Phương

Thứ quý giá nhất từ chiếc điện thoại cũ là gì?

Xây nhà từ nhựa tái chế

"Hô biến" ôtô phế thải thành... xe đạp