Những thiết bị công nghệ phụ thuộc vào đất hiếm

Trong kỷ nguyên công nghệ cao, có một loại tài nguyên ít khi được người tiêu dùng để ý đến nhưng lại hiện diện trong gần như mọi thiết bị hiện đại: đất hiếm.

Từ chiếc điện thoại thông minh trong túi áo, chiếc tivi treo trên tường, động cơ xe điện, tuabin gió cho tới những máy MRI trong bệnh viện, tất cả đều phụ thuộc vào nhóm nguyên tố đặc biệt này để đạt hiệu suất vượt trội.

Theo trang Quartz, đất hiếm không chỉ là vật liệu kỹ thuật, mà còn là mắt xích chiến lược trong chuỗi cung ứng công nghệ và năng lượng, gắn liền với lợi ích kinh tế lẫn địa chính trị của các quốc gia.

ĐẤT HIẾM TRONG ĐỜI SỐNG CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI

Đất hiếm, hay còn gọi là Rare Earth Elements (REEs), gồm 17 nguyên tố trong bảng tuần hoàn, trong đó có scandium, yttrium và 15 nguyên tố thuộc dãy lanthan. Điểm nổi bật của chúng là những đặc tính từ tính mạnh, khả năng phát quang và tính xúc tác, vốn rất khó thay thế trong các ứng dụng công nghệ. Chính nhờ đó, chúng góp phần tạo nên những nam châm siêu mạnh, những màn hình hiển thị sắc nét hay những động cơ điện vận hành bền bỉ.

Ở lĩnh vực điện tử tiêu dùng, đất hiếm đóng vai trò nâng cao trải nghiệm hàng ngày của hàng tỷ người dùng. Những chiếc smartphone có âm thanh rõ ràng, sống động là nhờ nam châm neodymium và praseodymium trong loa và micro.

Laptop và máy tính bảng có thời lượng pin dài hơn, màn hình sắc nét hơn nhờ sự kết hợp của lanthanum, cerium và neodymium. TV LED, màn hình hiển thị hay các thiết bị giải trí gia đình có màu sắc chính xác, độ sáng cao và tiết kiệm điện nhờ sự hiện diện của europium, terbium và yttrium.

Thậm chí, tai nghe hay máy chơi game cũng chỉ đạt chất lượng âm thanh cao nhờ những nam châm neodymium siêu nhỏ nhưng mạnh mẽ.

Đất hiếm còn là “chìa khóa” cho cuộc cách mạng năng lượng xanh. Các động cơ xe điện (EV) ngày nay chủ yếu sử dụng nam châm vĩnh cửu từ neodymium, praseodymium và dysprosium để biến đổi điện năng thành cơ năng với hiệu suất cao. Tuabin gió tạo ra điện năng ổn định và ít bảo trì nhờ những nam châm đất hiếm đặc biệt.

Pin sạc, đặc biệt trong các thiết bị cầm tay và xe hybrid, thường chứa lanthanum và cerium, giúp lưu trữ nhiều năng lượng hơn và có độ bền tốt hơn. Trong khi đó, công nghệ năng lượng mặt trời sử dụng các hợp chất phosphor để chuyển đổi tia cực tím thành ánh sáng khả kiến, qua đó nâng cao hiệu suất tấm pin.

Trong lĩnh vực quốc phòng, tầm quan trọng của đất hiếm càng thể hiện rõ. Các hợp kim chứa neodymium, dysprosium và terbium được sử dụng trong động cơ phản lực, hệ thống tên lửa dẫn đường, bộ truyền động và nam châm chịu nhiệt cao.

Radar và sonar – những “đôi mắt” của hệ thống phòng thủ hiện đại – cần đến nam châm neodymium hoặc samarium-coban để vận hành trong điều kiện khắc nghiệt. Thông tin vệ tinh, GPS và các hệ thống truyền dẫn tín hiệu đường dài lại dựa vào erbium, ytterbium và neodymium trong tinh thể laser và sợi quang.

Y tế cũng là một lĩnh vực không thể thiếu đất hiếm. Máy chụp cộng hưởng từ MRI sử dụng gadolinium như một chất tương phản, giúp hình ảnh rõ nét hơn và phân biệt được mô mềm với cấu trúc xương.

Các thiết bị X-quang và hình ảnh y học ứng dụng gadolinium, terbium và europium để tạo ra những bức ảnh sắc nét, hỗ trợ bác sĩ trong chẩn đoán. Laser phẫu thuật sử dụng neodymium để cắt và cầm máu chính xác, còn erbium thường được dùng trong điều trị da liễu, tái tạo bề mặt da.

Không chỉ hiện diện trong các công nghệ cao cấp, đất hiếm còn len lỏi vào đời sống hàng ngày và sản xuất công nghiệp. Dụng cụ điện cầm tay dùng pin sạc chứa lanthanum để tăng khả năng chịu tải và kéo dài thời gian sử dụng. Bộ xúc tác trong xe ô tô chứa hợp chất đất hiếm để loại bỏ khí độc hại như CO, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Đèn huỳnh quang nhờ lớp phủ phosphor chứa đất hiếm mà chuyển đổi tia cực tím thành ánh sáng nhìn thấy, mang lại độ sáng cao và màu sắc sinh động.

CHUỖI CUNG ỨNG ĐẤT HIẾM: LỢI THẾ KINH TẾ VÀ ĐÒN BẨY ĐỊA CHÍNH TRỊ

Sự phụ thuộc rộng rãi này khiến đất hiếm trở thành tài nguyên chiến lược. Trên bình diện kinh tế, đất hiếm không chỉ đơn thuần là nguyên liệu mà còn là “nút thắt” trong chuỗi giá trị toàn cầu.

Với việc gần 70% sản lượng khai thác đất hiếm thế giới đến từ Trung Quốc, quốc gia này giữ vai trò then chốt trong cung ứng cho các ngành công nghiệp chiến lược, từ công nghệ thông tin, năng lượng sạch cho đến quốc phòng. Điều này khiến đất hiếm trở thành một công cụ đàm phán địa chính trị đầy sức nặng.

Theo Nikkei, trong thập kỷ qua, không ít lần Trung Quốc sử dụng ưu thế đất hiếm như một “lá bài” thương mại, đặc biệt trong căng thẳng với Nhật Bản, Mỹ và châu Âu. Khi nguồn cung bị siết chặt hoặc giá cả tăng đột biến, hàng loạt ngành công nghiệp toàn cầu bị ảnh hưởng.

Sự phụ thuộc này đã thúc đẩy nhiều nước phương Tây tìm cách đa dạng hóa nguồn cung, khai thác tại Mỹ, Úc, châu Phi hoặc đầu tư vào công nghệ tái chế đất hiếm từ rác thải điện tử. Tuy nhiên, việc phát triển chuỗi cung ứng thay thế không hề đơn giản do quá trình khai thác và tinh chế đất hiếm vừa phức tạp, vừa gây tác động lớn đến môi trường.

Trên phương diện công nghệ, đất hiếm cũng gắn liền với xu hướng đổi mới. Chúng góp phần tạo ra những thiết bị ngày càng nhỏ gọn, thông minh, hiệu quả và bền vững hơn. Không có đất hiếm, khó có thể tưởng tượng ngành năng lượng tái tạo hay lĩnh vực tự động hóa sẽ tiến xa đến đâu.

Chính sự khan hiếm và khó thay thế này đang đặt ra bài toán lớn về an ninh chuỗi cung ứng. Trong bối cảnh thế giới ngày càng chuyển dịch sang công nghệ xanh và thông minh, nhu cầu đất hiếm dự kiến sẽ tăng vọt, kéo theo nguy cơ phụ thuộc nhiều hơn vào những quốc gia kiểm soát tài nguyên này.