Bí mật của đất hiếm - 'vũ khí' đáng gờm của Trung Quốc

Từ chiếc điện thoại mới mua, những con chip trong chiếc máy tính bạn sử dụng hàng ngày cho tới trong những bóng đèn led chiếu sáng trong ngôi nhà bạn, và nói xa xôi hơn có thể kể đến những chiếc xe điện hoặc sử dụng động cơ hybrid bạn có ý định sở hữu trong tương lai (nếu bạn là một người có ý thức cao trong việc bảo vệ môi trường)… tất cả đều liên quan đến một từ khóa: đất hiếm.

Đất hiếm, nghe thì lạ đúng không? Nhưng thực tế, từ khóa này lại không hề lạ khi mà nó gắn với quá nhiều thứ trong cuộc sống hàng ngày con người. Và thời gian qua, chắc khoảng vài năm trở lại đây, đất hiểm đã trở thành một từ khóa "rất nóng", khi mà thế giới liên tục gặt hái được những thành tựu to lớn trong lĩnh vực công nghệ.

Người Nhật Bản gọi đất hiếm là "hạt giống của công nghệ". Còn Bộ Năng lượng Mỹ gọi chúng là những "kim loại công nghệ".

Vậy đất hiếm là gì? Tại sao nó lại thu hút sự chú ý của nhiều người đến như vậy? Qua bài viết này, chúng tôi hy vọng bạn sẽ có cái nhìn tường tận hơn về một trong những nguyên liệu đã và đang chứng minh được sức ảnh hưởng của mình trên hành tinh. Và thậm chí, nguyên liệu này còn khiến cho Trung Quốc - nền kinh tế lớn thứ hai thế giới - mới đây nổi lên là thế lực "đáng gờm" trong ngành công nghiệp đất hiếm.

Thế lực đáng gờm... 

Tuy góp mặt trong phần lớn các sản phẩm con người sử dụng hàng ngày, nguồn cung đất hiếm lại bị giới hạn ở một vài quốc gia, trong đó phải kể tới Trung Quốc, chiếm tới 90% sản lượng đất hiếm sản xuất trên toàn cầu.

Trung Quốc gần đây mới nổi lên là một thế lực trong ngành công nghiệp đất hiếm. Trong những năm đầu của thập niên 80, Mỹ mới chính là quốc gia sản xuất đất hiếm lớn nhất thế giới, nhờ sở hữu mỏ khai thác Mountain Pass, nằm trên bờ biển bang California.

Tuy nhiên, sự cạnh tranh từ Trung Quốc, bên cạnh đó là làn sóng chỉ trích liên quan tới vấn đề bảo vệ môi trường đã buộc Mỹ phải cho đóng cửa mỏ khai thác này vào năm 2002. Sự thả lỏng các vấn đề môi trường chính là lợi thế đối với Trung Quốc trong công tác khai thác đất hiếm, giúp nâng tầm vị thế của quốc gia này trên bản đồ đất hiếm thế giới, cho dù như đã đề cập ở trên, quá trình sản xuất đất hiếm là tương đối độc hại.

Bên cạnh đó, chúng ta cũng phải đề cập tới trữ lượng đất hiếm khổng lồ mà quốc gia này sở hữu (ước tính chiếm tới 40% trữ lượng đất hiếm toàn cầu) và những chính sách hỗ trợ sự phát triển của công tác khai khoáng với nguồn vốn đầu tư lớn và chi phí lao động rẻ.

Là quốc gia sản xuất đất hiếm lớn nhất thế giới, Trung Quốc cũng đứng đầu toàn cầu trong việc tiêu thụ những nguyên tố này, chiếm tới 70% tổng nhu cầu toàn cầu. Không bất ngờ khi Trung Quốc giữ vai trò là mắt xích quan trọng nhất trong "công xưởng châu Á"- chuỗi cung ứng sản xuất lớn nhất thế giới, bao gồm cả một số quốc gia Đông Nam Á và các thiết bị điện tử là dòng sản phẩm chủ lực.

Trung Quốc còn là quốc gia có trữ lượng đất hiếm đứng số một thế giới, ước tính rơi vào khoảng 44 triệu tấn, và công suất khai thác đạt 140.000 tấn mỗi năm. Trong khi Việt Nam và Brazil là hai quốc gia đứng ngay sau Trung Quốc về trữ lượng đất hiếm với lần lượt 22 và 21 triệu tấn nhưng công suất khai thác của họ lại thuộc hàng rất thấp, với khoảng chỉ 1.000 tấn mỗi năm.

Mỹ có trữ lượng đất hiếm rơi vào khoảng 1,5 triệu tấn và đó chính là lý do tại sao Mỹ phải phụ thuộc vào nguồn đất hiếm nhập khẩu từ Trung Quốc.

Đất hiếm là gì?

Các nguyên tố đất hiếm (REEs), hay còn gọi là các kim loại đất hiếm hay ô-xít đất hiếm, là tập hơn 17 nguyên tố kim loại nặng mang họ Lantan.

17 nguyên tố đất hiếm đó là: lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), scandium (Sc), và yttrium (Y).

Scandium (Sc) và yttrium (Y) là hai kim loại duy nhất không thuộc họ Lantan, nhưng vẫn được xếp vào nhóm đất hiếm vì chúng tồn tại trong những khoáng vật chung với các kim loại họ Lantan và có những đặc tính hóa học tương đồng.

Đất hiếm có... hiếm ?

Dù có tên gọi là đất, nhưng thực chất, 17 nguyên tố trên đều là kim loại. Chúng cũng không hề... hiếm khi trữ lượng các kim loại này trong lớp vỏ trái đất là tương đối dồi dào. Phần lớn kim loại đất hiếm được phát hiện và phân loại từ thế kỷ 19. Nhưng, không giống nhiều kim loại khác như vàng, bạc - vốn là các khoáng chất độc lập, các nguyên tố đất hiếm có mức độ tập trung rất ít trong các khoáng thể khác, và thường bị trộn lẫn vào với nhau, điều khiến cho quá trình bóc tách và tinh luyện chúng trở nên vô cùng khó khăn.

Đặc biệt, quá trình nói trên cần tới một lượng lớn các axit độc, tạo ra chất thải phóng xạ rất khó để kiểm soát. Những nguyên tố đất hiếm ít được sử dụng rộng rãi bên ngoài phòng thí nghiệm cho tới nửa cuối của thế kỷ 20, nhưng trong vòng một vài thập kỷ trở lại đây, phần lớn các nguyên tố đất hiếm đã trở thành những nguyên liệu đầu vào quan trọng cho một loạt các thiết bị điện tử công nghệ cao.

Vì sao đất hiếm quan trọng?

Đặc tính từ tính, điện hóa và phát quang của các nguyên tố đất hiếm đang được ứng dụng trong một loạt các ứng dụng điện tử, từ điện thoại thông minh, ổ đĩa cứng và các phương tiện giao thông chạy điện cho tới các hệ thống phòng thủ quân sự, năng lượng sạch và thiết bị y tế.

Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng riêng rẽ hoặc cùng nhau để tạo ra các phosphor- chất phát quang, được sử dụng trong nhiều loại ống tia và màn hình phẳng, với đủ loại kích cỡ từ trên các thiết bị điện thoại thông minh cho tới các bảng tỷ số lắp đặt trong sân vận động.

Một vài yếu tố đất hiếm được sử dụng trong các bóng đèn led và huỳnh quang. Yttrium, europium, and terbium là các phosphor đỏ-xanh lá-xanh lục được sử dụng trong bóng đèn thắp sáng và tivi. Ngành công nghiệp thủy tinh là "khách hàng" lớn nhất của các nguyên tố đất hiếm khi chúng được ứng dụng trong quá trình làm bóng đồng thời đóng vai trò là các chất phụ gia giúp tạo màu và hình thành nên nhiều đặc tính quang học đặc biệt.

Lanthanum xuất hiện trong một nửa các loại ống kính máy ảnh, bao gồm cả camera trên điện thoại di động. Các chất xúc tác gốc Lanthanum được sử dụng để điều chế xăng.

Các chất xúc tác gốc Cerium được sử dụng trong các bộ chuyển đổi xúc tác trên xe hơi.

Nam châm có sự góp mặt của các nguyên tố đất hiếm đang ngày một trở nên phổ biến. Nam châm Neodymium, sắt và boron (NdFeB) được coi là loại nam châm mạnh nhất từng được biết tới, thường được ứng dụng trong trường hợp hạn chế không gian và trọng lượng. Nam châm đất hiếm được sử dụng trong ổ cứng máy tính, đĩa CD và DVD. Động cơ trục chính trong các ổ đĩa đạt được sự ổn định trong quá trình chuyển động xoay khi nó được vận hành bởi một nam châm đất hiếm. Loại nam châm này còn được sử dụng trong nhiều hệ thống phụ trên xe hơi, ví dụ như hệ thống lái trợ lực điện, cửa sổ điện, ghế chỉnh điện và hệ thống loa.

Cerium, lanthanum, neodymium, and praseodymium thường tồn tại trong một oxit hỗn hợp gọi là mischmetal, được sử dụng để loại bỏ tạp chất trong quá trình sản xuất thép và những hợp kim đặc biệt.

Các loại pin nickel hydride kim loại được sản xuất từ những hợp kim gốc lanthanum. Loại pin này được bắt gặp rất nhiều trên các phương tiện xe hơi chạy điện, thân thiện với môi trường.

Neodymium là một nam châm tương đối mạnh thường được sử dụng trong điện thoại thông minh, TV, đèn laser, pin và ổ cứng. Một dòng ô tô điện của Tesla cũng đã sử dụng dòng pin có sự góp mặt của Neodymium.

Tâm điểm của những mối căng thẳng

Bắc Kinh đã không ít lần biến đất hiếm trở thành một vũ khí lợi hại của mình. Tháng 9/2010, căng thẳng ngoại giao đã nổ ra khi một tàu đánh cá Trung Quốc va chạm với hai tàu tuần tra bờ biển của Nhật Bản ngoài khơi đảo Senkaku. Chính phủ Trung Quốc đã cho dừng xuất khẩu các sản phẩm đất hiếm tới Nhật Bản như là một biện pháp trả đũa cho vụ việc trên.

Tháng 3/2012, Nhật Bản, Mỹ và Liên minh châu Âu đã liên minh đệ trình đơn kiện Trung Quốc lên Tổ chức thương mại thế giới (WTO) sau khi Trung Quốc ban hành một loạt các lệnh hạn chế xuất khẩu đất hiếm, bắt đầu từ năm 2010 và kéo dài trong suốt năm 2011, khiến cho giá nhiều kim loại đất hiếm trên thị trường quốc tế gia tăng chóng mặt.

Sự việc này cũng một phần bắt nguồn từ động cơ tích trữ đất hiếm do nhiều quốc gia lo sợ về những lệnh hạn chế xuất khẩu tiếp sau đó từ phía Trung Quốc. Tuy nhiên, Trung Quốc liên tục bào chữa cho những hành động của mình rằng họ cần phải giảm phát thải khí độc từ quá trình chiết xuất các yếu tố đất hiếm, nhằm mục tiêu bảo vệ môi trường.

Tầm ảnh hưởng của Trung Quốc trong ngành công nghiệp sản xuất đất hiếm được xây dựng thông qua một loạt các mỏ khai thác vừa và nhỏ, vốn không tuân thủ đầy đủ các điều kiện an toàn nhằm đảm bảo các chất độc hại trong quá trình sản xuất được kiểm soát. Dù nguyên nhân chính xác giải thích cho hành động từ phía Trung Quốc là gì, và cho dù cũng trong tháng 3/2012, WTO đã tuyên bố Trung Quốc thua kiện, có một sự thật rằng Trung Quốc và các công ty sản xuất đồ điện tử tại quốc gia này đã được hưởng lợi không nhỏ từ mức gia đất hiếm thấp, tạo cho họ không ít lợi thế so với những đối thủ cạnh tranh từ nước ngoài.

Trong cuộc chiến tranh thương mại Mỹ - Trung nổ ra vào năm 2017, chính phủ Trung Quốc thậm chí đã đưa ra một lời cảnh báo rằng họ sẽ cắt giảm sản lượng đất hiếm thô nội địa thay vì trực tiếp áp thuế lên các hàng hóa nhập khẩu từ Mỹ.

"Liệu đất hiếm có trở thành một vũ khí mà Trung Quốc dùng để chống lại những áp lực vô cớ mà Mỹ áp đặt lên chúng tôi một cách phi lý? Câu trả lời là hoàn toàn có thể", theo tờ Nhân Dân Nhật Báo.

"Phía Mỹ muốn sử dụng những sản phẩm sản xuất từ đất hiếm nhập khẩu từ Trung Quốc để chống lại sự phát triển của chính Trung Quốc. Người dân Trung Quốc sẽ không bao giờ chấp nhận điều đó", tờ báo này nói. 

"Chúng tôi khuyên phía Mỹ không nên đánh giá thấp khả năng bảo vệ lợi ích và quyền phát triển tự do của Trung Quốc. Đừng nói chúng tôi không cảnh báo trước".

Vai trò của đất hiếm với nền kinh tế xanh 

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu là đã, đang và sẽ là mối đe dọa lớn đối với xã hội loài người, chính phủ nhiều quốc gia đang trong quá trình thực hiện các kế hoạch và thỏa thuận về môi trường đã ký kết, từ thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu năm 2015 cho tới thỏa thuận xanh châu Âu, và cam kết trung hòa khí carbon vào năm 2050. Để có thể hoàn thành được những mục tiêu đó, các quốc gia trên toàn thế giới phải nhanh chóng chuyển hướng sang việc sử dụng các nguồn lương lượng tái tạo và giao thông không phát thải, đặc biệt phải kể đến các dòng xe chạy điện.

Nhiều nguyên liệu đầu vào được đánh giá có vai trò quan trọng trong việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch. Và sự chú ý đang dồn vào các nguyên tố đất hiếm.

Các nguyên tố đất hiếm phần lớn được sử dụng như những nguyên liệu thô đầu vào cho quá trình sản xuất nam châm vĩnh cửu. Nam châm vĩnh cửu là một thành tố cấu tạo nên máy phát điện sử dụng trong các tuabin gió và động cơ kéo trong các phương tiện giao thông chạy điện. Cho dù có nhiều loại nam châm khác nhau, nhưng nam châm NdFeB lại được sử dụng phổ biến nhất nhơ những đặc tính vượt trội của nó. 

Xét về đặc tính, nam châm NdFeB khá tương đồng với nam châm samarium-coban, tuy nhiên, nam châm samarium-coban lại có giá thành đắt hơn khá nhiều. Nam châm NdFeB được phát triển vào năm 1984 bởi hai công ty General Motors và Sumitomo Corporation. Dòng nam châm trên thường bao gồm 4 loại nguyên tố đất hiếm: neodymium, praseodymium, terbium và dysprosium. Neodymium và praseodymium giúp tăng sức mạnh từ tính, trong khi dysprosium và terbium giúp gia tăng khả năng kháng lại sự khử từ, đặc biệt trong môi trường nhiệt độ cao.

Các động cơ truyền động sử dụng điện phục vụ cho mục đích thương mại phần lớn là các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, với thị phần lên tới từ 90% đến 93%, theo Bloomberg NEF and Adamas Intelligence. Tính tới nay, loại động cơ này đang rất được ưa chuộng nhờ mức độ hiệu quả cao. Kể từ năm 2019, dòng xe hơi chạy điện Tesla Model 3 đã sử dụng động cơ điện trở chuyển mạch nam châm vĩnh cửu.

Kể từ năm 2005, các dòng máy phát điện sử dụng nam châm vĩnh cửu cũng dần trở nên phổ biến, và thường được bắt gặp trong các trụ tuabin gió ngoài biển. Các dòng máy phát điện này mang lại mật độ công suất điện cao hơn, đồng thời có kích thước nhỏ nhưng lại cho mức độ hiệu quả tối đa tại mọi tốc độ quay, giúp tạo ra sản lượng điện hàng năm lớn hơn với chi phí vòng đời thấp. Phần lớn các tuabin không dùng hộp số đều được trang bị các máy phát điện nam châm vĩnh cửu.

Tính đến năm 2018, các máy phát điện nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong hầu hết mọi tuabin điện gió ngoài khơi tại châu Âu, và chiếm khoảng 76% tổng số các tuabin điện gió ngoài khơi trên biển toàn cầu.

Nhờ vào vai trò quan trọng của mình trong quá trình chuyển đổi số, phát triển công nghệ và dịch chuyển tới một nền kinh tế xanh, đất hiếm chắc chắn sẽ gia tăng mức độ "nóng" của mình trong thời gian sắp tới. Tuy nhiên, vấn đề khai thác đất hiếm cũng cần được nghiên cứu và đánh giá một cách kỹ lưỡng để không mâu thuẫn với chính mục tiêu xanh mà những nguyên tố đất hiếm đang góp phần chung tay xây dựng nên.

(Theo Dân Trí)

Từ giá 'rẻ như mớ rau', Trung Quốc làm đất hiếm đắt kỉ lục mà cả thế giới vẫn lao vào mua

Một sự thay đổi đơn giản trong chính sách của Trung Quốc đã làm thay đổi hoàn toàn số phận của đất hiếm.