Đặc tính của đất hiếm
Đất hiếm là một nhóm 17 nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn Mendeleev. Những nguyên tố này sở hữu đặc tính huỳnh quang, dẫn điện và từ tính khác thường, rất hữu ích khi sử dụng riêng hoặc trộn lẫn các kim loại phổ biến hơn để thành hợp kim. Hiểu biết ngày càng lớn của khoa học về đặc tính độc đáo của nhóm nguyên tố này dẫn tới ứng dụng rộng rãi chúng trong xã hội hiện nay. Đất hiếm là thành phần quan trọng trong công nghiệp điện thoại, xe điện, lọc dầu, điện gió, năng lượng hạt nhân và rất nhiều lĩnh vực y khoa, sinh học khác.
Theo Viện Lịch sử khoa học Mỹ, về mặt địa chất, các nguyên tố đất hiếm thật ra không hề hiếm. Các mỏ kim loại đất hiếm có thể tìm thấy ở mọi nơi, một số thậm chí có hàm lượng tương đương đồng hoặc thiếc trong vỏ Trái đất. Tuy nhiên, đất hiếm thường không nằm tập trung thành các khu vực có nồng độ cao kiểu khu mỏ. Chúng rải rác trong vỏ Trái đất, bị trộn lẫn với các nguyên tố khác, trong đó có cả nguyên tố phóng xạ. Điểm đặc biệt ấy khiến việc khai thác đất hiếm trở nên khó khăn, đồng thời đòi hỏi công nghệ cao để phân tách, tinh chế. Các phương pháp hiện nay đều tốn nhiều năng lượng, tạo nhiều chất thải chỉ để mang về một lượng nhỏ đất hiếm.
Thuật ngữ “đất hiếm” bắt đầu được sử dụng từ cuối thế kỷ 18, khi Carl Axel Arrhenius, sĩ quan và nhà địa chất học nghiệp dư Thụy Điển, phát hiện một loại đá khác thường ở làng Ytterby (Thụy Điển). Ông gọi nó là “đất hiếm” do chưa từng nhìn thấy nó trước đây. Nguyên tố này sau đó được xác định là chất Yttria, đặt theo tên địa danh phát hiện nó. Dù vậy, vẫn cần một thời gian rất dài nữa để các nhà khoa học bước đầu khai thác được tính năng của các nguyên tố đất hiếm. Thách thức của khoa học thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 từng chỉ là phân tách và xác định chính xác số lượng nhóm nguyên tố này.
Bước ngoặt của đất hiếm đến từ thời Chiến tranh thế giới thứ hai, khi các nhà khoa học Mỹ thực hiện Dự án Manhattan nhằm chế tạo bom nguyên tử. Tại đây, họ thực hiện được phản ứng phân hạch hạt nhân của urani, đồng thời tách riêng được các chất đất hiếm. Từ đó, họ tiếp tục tìm ra các công thức tinh chế đất hiếm, sử dụng được và nâng cao vai trò của nó trong giai đoạn hậu thế chiến.
Vai trò trong quân sự và thương mại
Cuộc chạy đua vũ trang thời kỳ Chiến tranh lạnh đã dẫn tới việc mở rộng tìm kiếm, nghiên cứu và sản xuất đất hiếm, nhất là tại Mỹ và Liên Xô (trước đây). Thí dụ về hiệu quả của đất hiếm có thể được tìm thấy trong nhiều lĩnh vực. Người Mỹ đã phát triển nam châm từ đất hiếm samarium, giúp tăng năng lực của hệ thống radar. Liên Xô thì sử dụng scandium làm hợp kim với nhôm, giúp các máy bay MiG-29 cứng và nhẹ hơn. Đất hiếm yttrium giúp phát triển công nghệ laser cho vũ khí dẫn đường.
Đất hiếm còn tác động mạnh hơn tới nền sản xuất dân sự. Europium được sử dụng để sản xuất phốt-pho đỏ, dùng cho truyền hình mầu. Lanthanum và neodymium giúp sản xuất các loại pin sạc được nhiều lần với kích thước nhỏ hơn, năng lượng lớn hơn, thứ đã tác động rất nhiều tới các thiết bị điện tử cầm tay, đặc biệt là điện thoại thông minh. General Motors (Mỹ) dùng đất hiếm neodymium để sản xuất nam châm vĩnh cửu nhẹ, dùng cho động cơ ô-tô, các loại khóa điện, ổ cứng máy tính bàn, máy tính cá nhân...
Bước vào thập niên 90 thế kỷ 20, ứng dụng của đất hiếm ngày càng lớn hơn. Erbi được sử dụng để tăng sức mạnh tín hiệu cáp quang, giúp giảm giá điện thoại đường dài, mở đường cho kỷ nguyên internet. Năm 2007, Tập đoàn công nghệ Apple (Mỹ) ra mắt chiếc iPhone đầu tiên, sử dụng hàng loạt nguyên liệu đất hiếm cho ống kính, loa và màn hình cảm ứng. Mỗi chiếc điện thoại thông minh ngày nay chứa khoảng 0,15 gram đất hiếm, mỗi pin xe điện cần 10-15 kg. Thị trường điện tử toàn cầu, trị giá khoảng 1 nghìn tỷ USD, phụ thuộc khá lớn vào tài nguyên này.
 |
Các tập đoàn toàn cầu đang cố gắng giảm sự phụ thuộc vào đất hiếm. Ảnh: CNN |
Cùng với vai trò ngày càng lớn của nguyên tố đất hiếm trong công nghiệp hiện đại, các quốc gia cũng lao vào cuộc chạy đua khai thác và sản xuất đất hiếm. Bên cạnh Mỹ, Liên minh châu Âu (EU), nhóm quốc gia phát triển mạnh sau chiến tranh thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc, Singapore, Ấn Độ... cũng tiến vào thị trường. Tài nguyên này không chỉ mang lại sức mạnh kinh tế, mà còn giúp quốc gia sở hữu nó nâng cao vị thế địa - chính trị.
Năm 2022, thương mại đất hiếm toàn cầu đạt giá trị 4,27 tỷ USD, tăng 22,7% so năm trước đó. Trong đó, Trung Quốc, Brazil... là những quốc gia có trữ lượng đất hiếm lớn bậc nhất thế giới.
Lo ngại về môi trường
“Thế kỷ 20 của dầu mỏ, thế kỷ 21 của đất hiếm” là mô tả của báo giới châu Âu dành cho loại tài nguyên thiên nhiên này. Chúng đang là nguyên liệu quan trọng trong nhiều nhóm ngành của thời đại như máy tính, điện tử, viễn thông, xe điện, điện gió, y tế và đặc biệt là các ngành công nghệ xanh. Để đáp ứng nhu cầu đất hiếm ngày một lớn, các tập đoàn quốc tế đã đề xuất mở nhiều mỏ mới, xây các khu tinh chế mới. Một số dự án thậm chí đề cập khả năng khai thác đất hiếm từ đáy biển, chất thải công nghiệp trong các khu mỏ hay từ vũ trụ.
Các ý tưởng khác, thực tế hơn, là thiết kế lại công nghệ, giảm sử dụng hoặc tái sử dụng nguyên tố đất hiếm, từ đó có thể giảm sản lượng khai thác và sự phụ thuộc vào tài nguyên này. Đề xuất này được xem xét nghiêm túc sau cuộc khủng hoảng nguồn cung đất hiếm hồi năm 2010. Ngành công nghiệp ô-tô và điện thoại sẽ được thiết kế lại để dễ dàng sửa chữa, nâng cấp thay vì loại bỏ hoàn toàn linh kiện cũ. Các công ty cũng tổ chức lại quy trình thu gom, tái chế rác để tối ưu hóa vật liệu.
Apple từng tiết lộ chiếc iPhone 13 có thể tái chế tới 98% nguyên liệu đất hiếm. Hãng xe BMW (Đức) cũng đang nghiên cứu lại những xe điện của hãng dựa trên tình trạng thiếu đất hiếm. Tuy nhiên, những biện pháp này đều chưa thật sự hiệu quả khi nhu cầu toàn cầu nói chung vẫn là rất lớn.
Lo ngại khác về tài nguyên này là vấn đề môi trường. Quá trình chiết xuất đất hiếm luôn mang tới lượng rác thải lớn, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới các vùng dân cư chung quanh. Các quốc gia sản xuất đất hiếm đều đang đối mặt vấn đề này và cần tìm giải pháp xử lý. Một nền sản xuất bền vững, thân thiện môi trường và bảo đảm cung - cầu là 3 thách thức lớn của công nghiệp đất hiếm trên toàn cầu.
