Các nhà khoa học Thụy Điển đang phát triển một phương pháp mới nhằm sản xuất nam châm đất hiếm theo hướng bền vững hơn, bằng cách tận dụng toàn bộ thành phần hóa học trong quặng thay vì chỉ khai thác một số nguyên tố riêng lẻ. Cách tiếp cận này được kỳ vọng sẽ giảm chất thải, hạn chế tác động môi trường và góp phần giảm sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng đất hiếm do Trung Quốc thống trị.
Nam châm đất hiếm là linh kiện quan trọng trong xe điện, tua-bin gió, điện thoại thông minh, hệ thống quốc phòng và nhiều công nghệ cao. Tuy nhiên, Trung Quốc hiện chi phối phần lớn hoạt động chế biến đất hiếm và sản xuất nam châm, khiến nhiều quốc gia đối mặt với rủi ro khi nguồn cung bị gián đoạn hoặc căng thẳng địa chính trị gia tăng.
Theo Giáo sư Martin Sahlberg, chuyên ngành Hóa học Vật liệu tại Đại học Uppsala, thách thức của ngành đất hiếm không chỉ nằm ở yếu tố địa chính trị mà còn ở tác động môi trường. Quá trình tách các nguyên tố đất hiếm khỏi quặng thường phải sử dụng nhiều hóa chất mạnh, trong khi nhiều mỏ còn chứa các nguyên tố phóng xạ.
“Đây là một ngành công nghiệp khá ô nhiễm”, ông Sahlberg nhận định.
Theo ông, các nguyên tố đất hiếm thực tế không quá hiếm, nhưng việc tìm được các mỏ có hàm lượng đủ cao để khai thác hiệu quả và tinh chế chúng một cách sạch hơn vẫn là bài toán khó.
Thay vì chỉ tập trung khai thác một nguyên tố mục tiêu rồi coi phần còn lại là chất thải, nhóm nghiên cứu đề xuất phân tích toàn bộ thành phần hóa học trong các mỏ đất hiếm và thiết kế các loại nam châm dựa trên chính tỷ lệ các nguyên tố sẵn có.
“Nói cách khác, chúng tôi lập ‘bản kiểm kê’ tất cả những gì có trong mỏ rồi xây dựng các ‘công thức’ nam châm phù hợp với nguồn nguyên liệu thực tế, thay vì buộc quặng phải đáp ứng một công thức có sẵn”, ông Sahlberg giải thích.
Theo nhóm nghiên cứu, cách tiếp cận này có thể giảm nhu cầu tinh chế sâu, tận dụng được nhiều nguyên tố hơn và cắt giảm lượng chất thải ngay từ đầu, qua đó giảm tác động môi trường trong cả quá trình tinh luyện lẫn sản xuất nam châm.
Thụy Điển được đánh giá có nhiều lợi thế để triển khai phương pháp này nhờ sở hữu các mỏ đất hiếm tại Kiruna, Bergslagen và Norra Kärr. Tập đoàn khai khoáng LKAB cho biết khu vực Per Geijer gần Kiruna chứa hơn 1,3 triệu tấn oxit đất hiếm, được xem là mỏ đất hiếm lớn nhất châu Âu từng được phát hiện.
Dự án hiện quy tụ các nhà vật lý, địa chất và kỹ sư vật liệu nhằm xây dựng một quy trình sản xuất hoàn chỉnh, từ quặng thô đến nam châm thành phẩm.
Theo ông Sahlberg, đây là nghiên cứu cơ bản nhưng hướng đến mục tiêu rất thực tiễn: tạo ra chuỗi cung ứng nam châm đất hiếm bền vững hơn, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung tập trung ở một số ít quốc gia.
Nam châm đất hiếm là thành phần thiết yếu của các công nghệ năng lượng sạch, nhưng việc sản xuất chúng vẫn gây nhiều tác động môi trường và phụ thuộc lớn vào chuỗi cung ứng toàn cầu. Ảnh: Shutterstock
Khoáng vật monazit – một loại khoáng vật khá phổ biến chứa các nguyên tố đất hiếm – được tìm thấy tại Djupedal, Västervik (Thụy Điển). Ảnh: Julia Sordyl
