Đất hiếm là thành phần quan trọng để chế tạo các thiết bị công nghệ cao như xe điện. (Nguồn: The Conversation)

Cung không đủ cầu

Ngày nay, đất hiếm đóng vai trò thiết yếu trong các ngành kĩ thuật như lắp ráp điện thoại di động, máy tính và nhiều thiết bị điện tử thông dụng khác.

Đất hiếm là tên chung của một nhóm gồm 17 nguyên tố trong bảng tuần hoàn, cùng với các nguyên tố scandium và yttrium có từ tính và tính điện hóa đặc biệt, có thể ứng dụng làm chất xúc tác, luyện kim, hạt nhân, điện- điện từ và quang điện.

Thuật ngữ "đất hiếm" đề cập đến sự phân bố của chúng trên khắp vỏ Trái đất, nhưng mật độ và trữ lượng thấp, khan hiếm và cực kì khó khai thác. Kim loại đất hiếm được ghi nhận phát hiện lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 18.

Các khoáng chất này là thành phần quan trọng của các thiết bị điện tử, đặc biệt là trong công nghệ xanh. Chúng có mặt trong các nam châm của turbine năng lượng gió và trong pin của xe điện. Ước tính, cần tới 600kg kim loại đất hiếm để vận hành một turbine gió.

Nhu cầu hàng năm đối với đất hiếm tăng không ngừng lên 125.000 tấn trong vòng 15 năm, và dự kiến sẽ đạt 315.000 tấn vào năm 2030, phần lớn được thúc đẩy bởi sự phát triển của công nghệ xanh và thiết bị điện tử tiên tiến. Điều này đang tạo ra áp lực rất lớn đối với sản xuất toàn cầu.

Đất hiếm hiện đang được khai thác hoặc thu hồi thông qua tái chế chất thải điện tử truyền thống. Thế nhưng, các phương pháp này còn có những hạn chế như chi phí cao, ô nhiễm hủy hoại môi trường và rủi ro đối với sự an toàn của con người.

Ngoài ra, đất hiếm còn được khai thác thông qua các hoạt động khai thác mỏ nhưng hoạt động này được cho là rất tốn kém và gây ra những tác động môi trường to lớn. Bên cạnh đó, việc Trung Quốc chiếm đến hơn 70% nguồn cung đất hiếm của thế giới cũng làm dấy lên lo ngại về khả năng quốc gia này sẽ hạn chế xuất khẩu mà tăng cường dự trữ trong thời gian dài, đặc biệt sau khi cuộc chiến thương mại với Mỹ nổ ra.

Phương pháp bền vững

Trước những thách thức này, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu tìm ra một phương pháp bền vững để thu hồi kim loại đất hiếm bằng phương pháp điện lắng đọng. Công nghệ này từ lâu đã được ứng dụng để thu hồi một số kim loại khác.

Được gọi là "lắng đọng kim loại bằng dòng điện", tức là sử dụng dòng điện cường độ thấp làm cho các kim loại kết tụ trên bề mặt vật chất, phương pháp hứa hẹn có thể giúp giảm bớt áp lực cho ngành khai thác đất hiếm và giảm sự phụ thuộc vào khai thác tự nhiên.

Nhóm nghiên cứu đã sáng chế một sản phẩm thân thiện với môi trường sử dụng hệ thống chất lỏng ion để thu hồi neodymium, một nguyên tố quan trọng trong nhóm đất hiếm do tính chất từ ​​tính vượt trội của nó và có nhu cầu sử dụng cực kỳ cao so với các kim loại đất hiếm khác. Neodymium được sử dụng trong động cơ điện trên ô tô, điện thoại di động, tuabin gió,ổ đĩa cứng và thiết bị âm thanh.

Chất lỏng ion rất ổn định, có thể thu hồi neodymium mà không tạo ra các sản phẩm phụ, và không gây ảnh hưởng đến độ tinh khiết của neodymium. Bằng cách sử dụng chất lỏng ion để lắng đọng, số lượng kim loại neodymium đã được thu hồi ở mức tối ưu nhất.

Theo thời gian, phương pháp lắng đọng bằng dòng điện hứa hẹn có thể góp phần giải quyết nhu cầu khai thác kim loại đất hiếm, giảm thiểu việc tạo ra chất thải độc hại. Đồng thời, hứa hẹn sẽ gia tăng giá trị kinh tế từ rác thải điện tử, hướng tới việc thiết lập một lộ trình xử lý sạch và bền vững cho kim loại đất hiếm trong tương lai.