Phát triển năng lượng sạch: Những thành tố “quý hơn vàng” (Phần 1)

Nhu cầu năng lượng sạch tăng cao có nghĩa là lượng tiêu thụ các tấm pin năng lượng Mặt Trời, tuabin gió, xe điện và pin quy mô lớn cũng tăng. Cùng với đó, nhu cầu đối với nguyên vật liệu sử dụng để làm ra những công nghệ năng lượng sạch này cũng sẽ phát triển.

Trong một vài trường hợp, ví như phiến silicon sử dụng trong các tấm pin Mặt Trời, việc phát sinh nhu cầu dường như không phải là vấn đề lớn bởi nguồn tài nguyên silicon rất phong phú và hiện đã có hạ tầng để sản xuất nguyên liệu này, theo chuyên gia về phát triển bền vững công nghệ mới thuộc Đại học Oxford Brookes Marco Raugei.

Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ chuỗi cung ứng cho các vật liệu khác, ví như neodymium cho tuabin gió, lithium và cobalt cho pin hay thậm chí là đồng có thể phải trải qua một số biến động.

 * Neodymium

Theo nhận định của Giáo sư Frances Wall chuyên nghiên cứu về khoáng chất (vật học) ứng dụng tại khoa Mỏ của Đại học Exeter, ngày nay dường như chưa có vật liệu nào có thể thay thế neodymium trong sản xuất nam châm. “Đây được coi là nguyên liệu tốt nhất dành cho sản phẩm này”, Giáo sư Wall nhận định.

Neodymium là một nguyên tố đất hiếm và một kim loại bạc có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Khi kết hợp với sắt và boron, neodymium tạo ra các lực từ mạnh, rất quan trọng trong quá trình vận hành máy phát điện sử dụng tuabin gió cũng như các loại động cơ xe điện.

Dù được coi là một nguyên tố đất hiếm, song nguồn tài nguyên neodymium lại khá phong phú. Tuy nhiên, khó khăn nằm ở chỗ phần lớn nguồn tài nguyên này chịu sự kiểm soát bởi một quốc gia duy nhất là Trung Quốc. Khoảng 85% lượng neodymium của thế giới được khai thác từ một vài mỏ của nền kinh tế lớn thứ hai thế giới, trong đó có một mỏ có tên Baotou ở miền Bắc nước này đã tạo ra một hồ nước độc hại và những nỗi kinh hoàng khác về môi trường.

Ngoài ra, còn có một vài mỏ nhỏ ở những nơi khác như mỏ Rainbow Rare Earths ở Burundi và mỏ Mkango ở Malawi, song thông thường quy trình xử lý vẫn chủ yếu nằm ở Trung Quốc bất chấp mỏ khai thác nằm ở quốc gia nào.

Bên cạnh vấn đề địa lý, việc tìm kiếm nguồn tài trợ cũng là một trong những khó khăn trong khai thác neodymium. Giáo sư Wall chia sẻ: “Có rất nhiều dự án thăm dò đất hiếm và tiến độ thực hiện chúng sẽ chậm lại nếu thiếu đầu tư vào giai đoạn tiếp theo”. 

Khi nhu cầu tăng, Giáo sư Wall dự đoán rằng các nhà cung cấp khác sẽ tham gia vào thị trường. Từ đó, sẽ có thêm nhiều mỏ được khai thác.

* Đồng 

Cũng giống như neodymium, đồng không được xếp hạng tài nguyên khan hiếm, song nhu cầu sử dụng đồng lại rất cao. Về cơ bản, bất cứ thứ gì có công tắc bật tắt đều phải có đồng, nhờ vào khả năng dẫn điện đáng kinh ngạc của nguyên tố này mà hiện nay khoa học vẫn chưa tìm ra được một giải pháp thay thế tốt hơn cho đồng.

Mary Poulton, đồng Giám đốcViện tài nguyên khoáng sản Lowell thuộc Đại học Arizona, cho rằng điểm khó khăn nhất trong khai thác đồng là tìm ra những khu vực tập trung kim loại này với số lượng đủ lớn ở gần bề mặt. Tiếp theo đó, quá trình xin giấy phép cũng sẽ mất nhiều năm trước khi khâu sản xuất chính thức được bắt đầu.

Khi một mỏ quặng đã được định vị, bước tiếp theo là đưa chúng lên khỏi mặt đất. Hiện có hai khu vực ở bang Arizona (Mỹ) đang thử nghiệm một phương pháp khai thác đồng mà không cần đào hố. Phương pháp này được gọi là lọc tại chỗ hay khai khoáng bằng dung dịch.

Lọc tại chỗ là quy trình khai thác đồng thông qua các lỗ khoan được khoan vào mỏ quặng thay vì áp dụng phương pháp khai thác quặng truyền thống, sau đó bơm dung dịch axit yếu xuống đất để tách đồng ra khỏi khoáng chất. Tiếp theo, dung dịch này được bơm ra và xử lý để lấy đồng.

Cuối cùng các lỗ khoan sẽ được rửa sạch lại để loại bỏ càng nhiều axit càng tốt. Theo Giám đốc Poulton, quy trình này có thể tốt cho môi trường hơn là so với phương pháp khai thác ngầm truyền thống, mặc dù sự có mặt của axit cũng ít nhiều gây ảnh hưởng đến đất.

Trong khi đó, những khu vực có mỏ quặng ở xa như Tây Australia và sa mạc Atacama ở Nam Mỹ đã sử dụng robot trong quá trình khai thác. Đồng có khả năng được tìm thấy ở độ sâu thậm chí lớn hơn 7.000 feet dưới bề mặt đất - điều này có nghĩa là chúng sẽ nóng hơn và đá sẽ chịu áp lực cực lớn. Do đó, yêu cầu kỹ thuật cũng sẽ cao hơn, đòi hỏi những chú robot khai thác có khả năng xử lý trong các điều kiện khắc nghiệt.