Biến rác thải thành đất hiếm trong vài giây: Mỹ tung công nghệ đột phá, thách thức quyền lực của Trung Quốc
Từ những mảnh nam châm bỏ đi, các nhà khoa học Mỹ đã tìm ra cách “tái sinh” nguyên tố đất hiếm chỉ trong vài giây nhờ công nghệ gia nhiệt Joule chớp nhoáng.
Khi nhu cầu nguyên tố đất hiếm (REE) tăng mạnh để phục vụ cho công nghệ xanh – từ xe điện, tuabin gió cho tới thiết bị điện tử, giới khoa học Mỹ vừa công bố một phát minh có thể tạo bước ngoặt lớn.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice, do giáo sư James Tour và Shichen Xu dẫn dắt, đã phát triển công nghệ Flash Joule Heating (FJH) – phương pháp cho phép thu hồi đất hiếm từ rác thải điện tử chỉ trong vài giây.
Đúng như tên gọi “gia nhiệt Joule chớp nhoáng”, kỹ thuật này có thể đốt nóng vật liệu lên tới hàng nghìn độ trong vòng vài mili giây, sau đó sử dụng khí clo để tách chiết các nguyên tố đất hiếm từ nam châm phế liệu, hoàn toàn không cần nước hay axit – vốn là 2 nguồn gây ô nhiễm lớn trong quy trình tái chế truyền thống.
Theo giáo sư Tour, họ “muốn chứng minh rằng việc thu hồi nguyên tố đất hiếm từ rác thải điện tử có thể hoàn thành trong vài giây với tác động môi trường tối thiểu. Đây là bước tiến quan trọng hướng tới một chuỗi cung ứng bền vững và khép kín”.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ngày 29/9, mở ra hướng đi mới giúp Mỹ củng cố nguồn cung khoáng sản chiến lược và giảm lệ thuộc vào nhập khẩu.
Khi “đế chế đất hiếm” có lý do để lo ngại
Hiện Trung Quốc vẫn là “cường quốc đất hiếm” lớn nhất thế giới – nắm giữ 44 triệu tấn trữ lượng và sản xuất khoảng 270.000 tấn/năm (2024). Theo Forbes, dù nguyên tố này khá phổ biến trong tự nhiên, chúng lại bị pha loãng trong quặng và đòi hỏi quy trình tách, tinh chế phức tạp.
Trung Quốc chiếm 63% sản lượng khai thác và kiểm soát tới 85% công đoạn chế biến, cho phép nước này gần như thống trị chuỗi giá trị toàn cầu.
Trong khi đó, Statista cho biết từ năm 2020 đến 2023, 70% đất hiếm nhập khẩu của Mỹ đến từ Trung Quốc. Ba nguồn cung còn lại là Malaysia, Nhật Bản và Estonia.
Vì thế, công nghệ FJH không chỉ là lời giải cho bài toán xử lý rác thải điện tử, mà còn giảm phụ thuộc vào nguồn cung Trung Quốc – yếu tố then chốt giúp Mỹ từng bước giành lại quyền tự chủ trong lĩnh vực chiến lược này.
Bước tiến mới
Khác với các phương pháp tái chế truyền thống, FJH tận dụng sự khác biệt về năng lượng tự do Gibbs và điểm sôi để loại bỏ các kim loại không cần thiết như sắt và coban dưới dạng clorua bay hơi, chỉ giữ lại oxit đất hiếm tinh khiết.
Toàn bộ quy trình diễn ra trong vài giây, đạt hiệu suất thu hồi hơn 90% mà không cần dùng nước hay axit. So với công nghệ thủy luyện kim, FJH giúp giảm 87% năng lượng tiêu thụ, 84% khí thải nhà kính và 54% chi phí vận hành, đồng thời không tạo ra chất thải độc hại.
“Đây là bước nhảy vọt để đảm bảo chuỗi cung ứng bền vững và tuần hoàn”, giáo sư Tour nhấn mạnh.
Các nhà khoa học kỳ vọng FJH sẽ trở thành nền tảng cho một nền kinh tế đất hiếm tuần hoàn, nơi các nguyên tố quý được tái sinh từ rác thải thay vì phải đào xới lòng đất.
