Trong nhiều năm, Hoa Kỳ đã phụ thuộc vào nhập khẩu kho báu nguyên tố đất hiếm, những vật liệu quan trọng được tìm thấy trong mọi thứ từ điện thoại thông minh đến công nghệ năng lượng tái tạo. Nhưng trong một phát hiện bất ngờ, các nhà nghiên cứu từ Đại học Texas tại Austin đã phát hiện ra rằng một nguồn cung nội địa khổng lồ đã tồn tại từ lâu.
Ẩn sâu trong các mỏ tro than của đất nước này là một khối lượng khổng lồ kho báu nguyên tố đất hiếm trị giá 8,4 tỷ USD (khoảng 214 tỷ đồng). Phát hiện này có thể làm giảm đáng kể sự phụ thuộc vào hàng nhập khẩu và định hình lại cách tiếp cận của Hoa Kỳ trong việc tìm nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng.
Tro than, sản phẩm phụ dạng bột còn lại sau khi đốt than để làm nhiên liệu, từ lâu đã được coi là một sản phẩm thải công nghiệp. Tuy nhiên, các nhà khoa học hiện đã xác định tro than là một nguồn dồi dào và dễ tiếp cận của kho báu nguyên tố đất hiếm.
Những nguyên tố này rất quan trọng trong việc sản xuất pin, tấm pin mặt trời và nam châm hiệu suất cao. “Điều này thực sự thể hiện đúng tinh thần ‘biến rác thành vàng’,” Bridget Scanlon, đồng tác giả nghiên cứu và giáo sư nghiên cứu tại Cục Địa chất Kinh tế thuộc Đại học Texas ở Austin cho biết, “Chúng tôi đang cố gắng khép kín vòng tuần hoàn, tận dụng chất thải để thu hồi tài nguyên, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường”.
Nghiên cứu ước tính rằng tro than ở Mỹ chứa tới 11 triệu tấn nguyên tố đất hiếm – gần gấp tám lần so với trữ lượng nội địa đã biết của nước này. Đây là đánh giá toàn diện đầu tiên về tro than như một nguồn tài nguyên, mở ra một cách tiếp cận mới để củng cố nguồn cung khoáng sản quan trọng của Mỹ.
Không giống như khai thác truyền thống, việc chiết xuất đất hiếm từ tro than có một lợi thế đáng kể: quá trình đốt đã tách sẵn khoáng chất khỏi quặng gốc, giúp giảm bớt các bước tinh chế tốn nhiều năng lượng.
“Lượng tro than này có mặt khắp nước Mỹ”, Davin Bagdonas, nhà nghiên cứu tại Đại học Wyoming cho biết.
Nghiên cứu chỉ ra rằng không phải tất cả tro than đều giống nhau. Các khu vực khác nhau có nồng độ đất hiếm khác nhau, ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng trong việc khai thác.
Tro than từ lưu vực Appalachian có hàm lượng đất hiếm cao nhất, trung bình 431 miligam trên mỗi kilogram, nhưng chỉ 30% có thể được thu hồi dễ dàng. Trong khi đó, tro than từ lưu vực Powder River có nồng độ thấp hơn (264 mg/kg) nhưng tỷ lệ có thể khai thác được lên tới 70%, khiến nó trở thành lựa chọn khả thi hơn cho hoạt động thu hồi quy mô lớn.
“Sự khác biệt này rất quan trọng vì nó quyết định trữ lượng nào có tính kinh tế cao nhất”, Scanlon giải thích, “Chưa từng có một phân tích toàn diện như thế này trước đây. Nó đặt nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo”.
Mặc dù phát hiện này rất hứa hẹn, nhưng vẫn còn nhiều thách thức để biến nó thành giải pháp thực tiễn. Các công ty như Element USA đang phát triển công nghệ và đội ngũ nhân lực cần thiết để chiết xuất đất hiếm từ tro than và các sản phẩm phụ từ khai thác mỏ.
“Ý tưởng thu hồi đất hiếm từ chất thải khai khoáng hoàn toàn hợp lý”, Chris Young, Giám đốc chiến lược tại Element USA cho biết, “Thách thức là làm sao biến ý tưởng hợp lý đó thành một giải pháp kinh tế khả thi.”
Mỹ đang có cơ hội lớn khi các khoản đầu tư vào lĩnh vực thu hồi đất hiếm trong nước ngày càng tăng. Bằng cách khai thác nguồn tài nguyên bị bỏ quên này, nước Mỹ có thể giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung nước ngoài và biến chất thải thành một tài sản chiến lược quốc gia.
Có nhiều phương pháp khai thác kho báu nguyên tố đất hiếm từ tro than đang được nghiên cứu và công nghệ cao hỗ trợ ở nhiều khía cạnh. Một nghiên cứu từ Đại học Washington cho thấy quy trình chiết xuất bằng chất siêu tới hạn (như CO2, N2, hoặc không khí) đạt hiệu suất cao và độ tinh khiết tăng gấp 10 lần so với phương pháp truyền thống. Trong đó, trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ giúp kiểm soát chính xác nhiệt độ và áp suất, tối ưu hóa quy trình.
Hay phương pháp làm nóng Joule nhanh, được mô tả trong bài báo trên Eos (Extracting Rare Earth Elements from Waste with a Flash of Heat), sử dụng nhiệt độ cực cao để giải phóng nguyên tố đất hiếm mà không cần hóa chất ăn mòn. AI cũng tham gia điều khiển quá trình này, đảm bảo hiệu quả và an toàn.
Cùng với đó, nghiên cứu từ Georgia Tech cho thấy chất lỏng ion không độc hại có thể chiết xuất nguyên tố đất hiếm từ tro than với ít chất thải. Công nghệ AI giúp hỗ trợ áp dụng chính xác chất lỏng và theo dõi quá trình thu hồi.
Đọc bài gốc tại đây.
