Các start-up phương Tây tìm cách phá vỡ kiểm soát của Trung Quốc với đất hiếm

Công nghệ tốn kém

Quặng đất hiếm thô đang chờ xử lý tại Vital Metals ở Saskatoon, Saskatchewan, Canada. Ảnh: Reuters.

Tiêu chuẩn hiện có để tinh chế các khoáng sản chiến lược này, được gọi là chiết xuất dung môi, là một quy trình tốn kém và ô nhiễm mà Trung Quốc đã mất 30 năm để làm chủ. MP Materials Lynas Rare Earths và các công ty đất hiếm phương Tây khác đôi khi gặp khó khăn trong việc triển khai nó do sự phức tạp về kỹ thuật và lo ngại về ô nhiễm.

Đất hiếm là nhóm gồm 17 kim loại được sử dụng để chế tạo nam châm biến năng lượng thành chuyển động cho xe điện, điện thoại di động và các thiết bị điện tử khác. Trong khi các nhà khoa học Mỹ giúp phát triển phương pháp chiết bằng dung môi cho đất hiếm vào những năm 1950, chất thải phóng xạ từ quá trình này dần dần khiến phương pháp này không được ưa chuộng ở Mỹ.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, Trung Quốc bắt đầu mở rộng nhanh chóng trong ngành này từ những năm 1980 và hiện kiểm soát 87% công suất tinh chế đất hiếm toàn cầu. Sức mạnh đó đã giúp thúc đẩy nền kinh tế của đất nước này lên vị trí lớn thứ hai trên thế giới.

Hiện các đối thủ mới nổi của phương Tây hiện đang đưa ra triển vọng hấp dẫn về việc xử lý khoáng sản theo những cách nhanh hơn, sạch hơn và rẻ hơn nếu họ có thể triển khai thành công.

Isabel Barton, giáo sư kỹ thuật địa chất và khai thác mỏ tại Đại học Arizona, cho biết: “Quy trình tinh chế đất hiếm hiện tại là một cơn ác mộng. Đó là lý do tại sao có rất nhiều công ty hứa hẹn những phương pháp mới, bởi vì chúng ta cần những phương pháp mới”.

Các cuộc phỏng vấn với gần hai chục nhà tư vấn, học giả và giám đốc điều hành trong ngành cho thấy rằng nếu một hoặc nhiều công nghệ xử lý mới này thành công như mong đợi vào năm 2025, chúng có thể cắt giảm sự phụ thuộc vào công nghệ đất hiếm của Trung Quốc và các sản phẩm phụ độc hại của nó, đồng thời củng cố kế hoạch của các công ty phương Tây.

Trong khi chưa có sản phẩm nào được tung ra thị trường - một số nhà tư vấn và phân tích trong ngành đặt câu hỏi liệu họ có thể thực hiện sớm điều đó hay không - một đội ngũ cán bộ của các công ty đang thúc đẩy các kế hoạch phát triển tích cực.

Tại căn cứ cũ của Không quân Mỹ ở Louisiana, Ucore Rare Metals đặt mục tiêu xử lý đất hiếm vào giữa năm 2025 bằng công nghệ có tên RapidSX mà họ cho là nhanh hơn ít nhất ba lần so với chiết xuất dung môi, không tạo ra hóa chất độc hại lãng phí và chỉ cần một phần ba không gian vật lý.

Michael Schrider, giám đốc điều hành của Ucore, nói trong chuyến thăm địa điểm này: “Mục tiêu của chúng tôi là thiết lập lại chuỗi cung ứng đất hiếm ở Bắc Mỹ”.

Quang cảnh mỏ đất hiếm lộ thiên MP Materials ở Mountain Pass, California, Mỹ. Ảnh: Reuters.

Được thành lập vào năm 2006, Ucore ban đầu dự định khai thác một mỏ đất hiếm ở Alaska. Nhưng công ty đã thay đổi chiến lược vào năm 2022 để tập trung vào tinh chế chứ không phải khai thác, một trục xoay được sinh ra từ điều mà hai giám đốc điều hành cho biết họ coi là một lỗ hổng trong chiến lược của phương Tây nhằm làm suy yếu sự thống trị về khoáng sản của Trung Quốc bằng cách cố gắng làm chủ cả hai bước cùng một lúc.

Ucore, công ty đang thử nghiệm quy trình của mình với sự tài trợ của Lầu Năm Góc, hiện đang đàm phán với 17 công ty khai thác mỏ để mua nguồn cung cấp đất hiếm đã qua xử lý nhẹ được gọi là tinh quặng, vận chuyển đến cảng New Orleans, sau đó vận chuyển đến khu đất rộng 80.800 foot vuông. Kho sẽ được trang bị công nghệ RapidSX bắt đầu vào tháng Giêng.

Các công ty khai thác đất hiếm ngày càng cho biết họ hài lòng với việc tập trung vào việc khai thác đá thay vì kết hợp các hoạt động của họ với bước xử lý bổ sung.

Luisa Moreno, chủ tịch của Defense Metal nói: “Các công ty khai thác nên tập trung vào việc tìm kiếm các mỏ mới. Có lẽ bạn nên để việc tinh luyện được xử lý bởi những người chuyên về lĩnh vực đó”.

Rainbow Rare Earths trong khi đó có kế hoạch đến năm 2026 sẽ triển khai công nghệ tinh chế đất hiếm ở Nam Phi do đối tác K-Technology có trụ sở tại Florida phát triển, sử dụng quy trình được gọi là trao đổi ion liên tục, được một số nhà sản xuất lithium sử dụng.

Startup Aether thì đang phát triển công nghệ nano lập trình để liên kết có chọn lọc và chiết xuất đất hiếm từ các mỏ quặng.

Tại Na Uy, công ty tư nhân REETec cho biết quy trình tinh chế độc quyền của họ thải ra ít carbon dioxide hơn 90% so với chiết xuất bằng dung môi và sẽ đi vào hoạt động vào cuối năm 2024.

Và công ty Phoenix Tailings nắm giữ vào đầu năm nay đã bắt đầu tinh chế một lượng nhỏ đất hiếm ở Massachusetts bằng quy trình mà họ cho biết không có khí thải và chất thải.

Robert Fox, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho của Bộ Năng lượng Mỹ cho biết: “Có những công nghệ có thể được phát triển tốt hơn nhiều so với chiết xuất bằng dung môi”. Phòng thí nghiệm vào tháng trước đã đồng ý nghiên cứu các kỹ thuật tinh chế mới đối với Vật liệu Quan trọng của Mỹ do tư nhân nắm giữ, nơi đang phát triển mỏ đất hiếm.

Chủ nghĩa hoài nghi

Một người điều khiển máy xúc lật đổ quặng vào xe tải tại mỏ đất hiếm MP Materials ở Mountain Pass, California, Mỹ ngày 30 tháng 1 năm 2020. Ảnh: Reuters.

Bất chấp nhu cầu về các kỹ thuật lọc dầu mới, các chuyên gia tư vấn trong ngành cảnh báo rằng các nhà sản xuất có thể kỳ vọng quá nhiều và quá sớm vào nhóm công nghệ non trẻ cho đến nay vẫn chưa được chứng minh này, đặc biệt là trong bối cảnh thế giới đang đặt ra các mục tiêu điện khí hóa mạnh mẽ.

Ví dụ, công nghệ của Ucore chưa bao giờ hoạt động ở quy mô thương mại và dự kiến sẽ không được bảo vệ bằng sáng chế cho đến năm sau, mốc thời gian mà các nhà tư vấn trong ngành coi là nguyên nhân gây lo ngại do sự cạnh tranh mạnh mẽ về sở hữu trí tuệ.

Frank Fannon, nhà tư vấn ngành khoáng sản và cựu trợ lý ngoại trưởng Mỹ, cho hay: “Thời gian cần thiết để phát triển tất cả các công nghệ lọc dầu mới này sẽ dài hơn nhiều người mong đợi”. Những cuộc thảo luận về sản xuất trong vòng vài năm "tạo ra cảm giác an toàn sai lầm cho các nhà hoạch định chính sách".

Tuy nhiên, nhu cầu về các giải pháp thay thế đang tăng lên, đặc biệt sau quyết định hồi đầu năm nay của Bắc Kinh nhằm hạn chế xuất khẩu germanium, than chì và các kim loại khác. Điều đó làm dấy lên lo ngại rằng đất hiếm có thể là nạn nhân tiếp theo.

Fannon và một số chính trị gia của Mỹ đã kêu gọi các chính phủ phương Tây thành lập các trung tâm xử lý đất hiếm tập trung, một kế hoạch đã được Canada theo đuổi.

Tại Saskatchewan, các nhà khoa học của chính phủ đang nỗ lực triển khai công nghệ xử lý đất hiếm của riêng họ sau khi nỗ lực mua công nghệ Trung Quốc thất bại vào năm 2020.

Mike Crabtree, Giám đốc điều hành của Hội đồng Nghiên cứu Saskatchewan (SRC), được chính quyền địa phương tài trợ, cho biết: “Chúng tôi đã xem xét các công nghệ hiện có và nói rằng “Có cách tốt hơn để thực hiện việc này. Chúng tôi muốn đặt guồng quay của riêng mình vào nó”.

Một khu vực vận chuyển chứa đầy 1.500 kg bao bastnasite cô đặc tại mỏ đất hiếm MP Materials ở Mountain Pass, California, Mỹ. Ảnh: Reuters.

Sử dụng trí tuệ nhân tạo, công ty đã thiết kế thiết bị xử lý mà họ tin là hiệu quả hơn các đối thủ Trung Quốc. Thay vì cần tới 100 người để vận hành như cách chiết xuất dung môi truyền thống, SRC ước tính rằng sẽ chỉ cần bốn người để vận hành nhà máy của mình và dự kiến sẽ mở cửa vào cuối năm 2024.

Trong khi mục tiêu của SRC là thúc đẩy hoạt động khai thác trên khắp Canada, Crabtree cho biết ông sẵn sàng cấp phép cho công nghệ này để sử dụng ở mọi nơi trên thế giới.

Ông nói: “Toàn bộ lĩnh vực này cần phát triển bên ngoài Trung Quốc để hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng”.

Crabtree và SRC kỳ vọng cơ sở của họ sẽ tốn nhiều chi phí xây dựng hơn so với các đối thủ Trung Quốc nhưng vận hành ít hơn, một phần do họ mong muốn chế tạo các thiết bị xử lý không có chất thải và tái chế axit cũng như các hóa chất quan trọng khác.

Trong khi MP Materials và các công ty khác đang gặp khó khăn trong việc điều chỉnh thiết bị xử lý của họ cho phù hợp với các mỏ địa chất cụ thể thì SRC, Ucore và các công ty khác cho biết họ tin rằng quy trình tinh chế mới của họ sẽ có thể xử lý các khoáng sản quan trọng từ nhiều địa điểm trên toàn cầu.

Steve Schoffstall của Sprott Energy Transition Materials ETF, công ty nắm giữ cổ phần của một số công ty đất hiếm, cho hay: “Những nguồn đất hiếm mới này sẽ đóng vai trò tối quan trọng nếu chúng ta đạt được mục tiêu giảm phát thải ròng trên toàn cầu”.