Đất hiếm - 'Vàng xám' của thời đại công nghệ số

Kiev có thể dùng đất hiếm để đổi lấy viện trợ từ Mỹ

Tái chế rác thải điện tử trở thành vũ khí mới của Mỹ trong cuộc chiến đất hiếm với Trung Quốc

Apple rót 500 triệu USD thúc đẩy sản xuất nam châm đất hiếm tại Mỹ

Các nguyên tố đất hiếm (REE) chiếm 17 nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Ảnh: intelligentliving

Đất hiếm là gì?

Đất hiếm (Rare-earth element - REE) thực chất là tên gọi của chung của nhóm 17 nguyên tố kim loại gồm scandium (Sc), yttrium (Y), và 15 nguyên tố trong dãy lanthanide (từ lanthanum đến lutetium). Cụ thể bao gồm: 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), và lutetium (Lu).

Tên gọi "đất hiếm" xuất phát từ thế kỷ 18 khi các nhà khoa học phát hiện chúng dưới dạng oxide phức tạp, được gọi là "đất" theo thuật ngữ thời đó. Thực tế, đất hiếm không "hiếm" như tên gọi. Đơn cử như Cerium phổ biến ngang với đồng, trong khi thulium vẫn nhiều hơn vàng gấp 200 lần.

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, các nguyên tố đất hiếm (REE) là nhóm các nguyên tố trong hàng được dán nhãn “lanthanide” và được đánh dấu màu xanh lam , nhưng cũng bao gồm ytri (Y) và scandi (Sc) vì các nguyên tố này có đặc điểm hóa học tương tự nhau. Ảnh: etech-resources

Điều khiến đất hiếm trở nên đặc biệt không phải do số lượng mà do tính chất độc nhất. Mỗi nguyên tố sở hữu đặc tính từ tính, quang học hoặc điện tử riêng biệt mà không có chất nào khác có thể thay thế. Chính vì vậy, chúng trở thành thành phần không thể thiếu trong hơn 200 sản phẩm công nghệ cao.

Để hiểu rõ tầm quan trọng của đất hiếm, chúng ta cần nhìn vào con số sản lượng toàn cầu. Từ năm 2010 đến 2023, sản lượng khai thác đất hiếm đã tăng hơn gấp đôi một cách ấn tượng, từ 133,000 tấn lên 350,000 tấn theo hàm lượng rare-earth-oxide (REO). Sự tăng trưởng này phản ánh chính xác nhu cầu bùng nổ của thế giới đối với công nghệ cao và năng lượng sạch.

Trung Quốc hiện thống trị 70% sản lượng đất hiếm toàn cầu với 240,000 tấn năm 2023, gấp 5 lần Mỹ - quốc gia đứng thứ hai chỉ với 43,000 tấn. Sự chênh lệch khổng lồ này giúp chúng ta hiểu tại sao Trung Quốc được coi là "siêu cường đất hiếm" và tại sao các nước khác lại lo ngại về an ninh chuỗi cung ứng.

Ảnh minh họa: Viện Phân tích An ninh Toàn cầu/Greg Grinnell

Thị trường tỷ đô với tiềm năng tăng trưởng mạnh mẽ

Về mặt kinh tế, những con số thị trường đất hiếm thực sự ấn tượng. Thị trường toàn cầu có giá trị 3,95 tỷ USD năm 2024 và các chuyên gia dự báo sẽ tăng lên 6,28 tỷ USD vào 2030 - tương đương tăng trưởng 58% chỉ trong 6 năm. Tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 8,6% này cao hơn nhiều so với tăng trưởng GDP trung bình thế giới, cho thấy đất hiếm là một trong những thị trường "nóng" nhất hiện nay.

Để so sánh, một số nghiên cứu thậm chí dự báo tăng trưởng còn mạnh mẽ hơn, với thị trường có thể đạt 16,1 tỷ USD vào 2034. Sự khác biệt trong các dự báo này phản ánh tính không chắc chắn của thị trường mới nổi, nhưng tất cả đều đồng thuận về xu hướng tăng trưởng mạnh mẽ.

Khi phân tích phân bố địa lý, chúng ta thấy một bức tranh rõ ràng về sự thống trị của châu Á. Châu Á - Thái Bình Dương chiếm tới 86% thị phần doanh thu toàn cầu năm 2024, với Trung Quốc một mình nắm giữ 58,3% thị trường. Con số này cho thấy mức độ tập trung cực cao của ngành công nghiệp đất hiếm.

Sự phân bố không đồng đều này tạo ra những thách thức địa chính trị đáng kể. Các quốc gia phương Tây đang tích cực tìm cách đa dạng hóa nguồn cung, với Mỹ, Australia và Canada đầu tư mạnh vào việc phát triển các dự án khai thác và chế biến đất hiếm trong nước.

Để hiểu sâu hơn về tầm quan trọng kinh tế của đất hiếm, chúng ta cần xem xét giá trị xuất khẩu. Năm 2024, chỉ riêng Trung Quốc đã xuất khẩu 58,142 tấn nam châm đất hiếm với tổng giá trị gần 2,9 tỷ USD. Con số này cho thấy giá trị gia tăng cao của sản phẩm chế biến so với quặng thô.

Thú vị hơn, cấu trúc khách hàng của Trung Quốc phản ánh bản chất toàn cầu của chuỗi cung ứng công nghệ. Đức dẫn đầu với 18,8% tổng xuất khẩu, tiếp theo là Mỹ (12,8%), Hàn Quốc (10%) và Việt Nam (8,1%). Điều này có nghĩa là ngay cả khi các quốc gia cố gắng giảm phụ thuộc vào Trung Quốc, họ vẫn cần nhập khẩu sản phẩm đất hiếm chế biến để duy trì ngành công nghiệp của mình.

Ứng dụng thực tế và động lực tăng trưởng

Trong cuộc sống hàng ngày, đất hiếm có mặt khắp nơi. Cerium giúp làm sạch khí thải ô tô qua bộ xúc tác. Neodymium tạo ra nam châm mạnh gấp 18 lần sắt thường, cho phép thu nhỏ động cơ điện trong xe hybrid. Europium phát ra ánh sáng đỏ trên màn hình tivi. Terbium giúp màn hình LCD hiển thị màu sắc rực rỡ.

Sự bùng nổ của xe điện và năng lượng tái tạo đang thúc đẩy nhu cầu tăng mạnh. Chỉ riêng phân khúc nam châm đã chiếm 42% thị trường, chủ yếu phục vụ tua-bin gió và động cơ xe điện. Khi thế giới hướng tới mục tiêu carbon trung tính, nhu cầu về đất hiếm sẽ chỉ tăng lên theo cấp số nhân.

Thách thức lớn nhất của đất hiếm không nằm ở việc khai thác mà ở quá trình tách chiết và tinh chế. Do tính chất hóa học tương tự nhau, việc tách 17 nguyên tố này ra khỏi nhau cực kỳ phức tạp và tốn kém. Trung Quốc không chỉ dẫn đầu khai thác mà còn độc quyền gần như hoàn toàn khâu chế biến.

Sự phụ thuộc quá mức vào một nguồn cung duy nhất đã tạo ra lo ngại về an ninh chuỗi cung ứng, thúc đẩy các nước phát triển tìm kiếm nguồn thay thế. Việc tái chế đất hiếm từ thiết bị điện tử cũ đang nổi lên như giải pháp bền vững. Các công ty như Noveon Magnetics đã đạt tỷ lệ tái chế 99%, giảm 90% năng lượng so với khai thác mới.

Nhìn về tương lai, đất hiếm sẽ ngày càng quan trọng hơn. Cuộc chuyển đổi sang năng lượng xanh đòi hỏi hàng triệu tấn nam châm đất hiếm cho tua-bin gió. Cách mạng xe điện cần lượng lớn neodymium và dysprosium cho động cơ hiệu suất cao. Ngành công nghiệp bán dẫn và AI cũng đang gia tăng nhu cầu sử dụng.

Với thị trường dự kiến tăng trưởng 58% trong 6 năm tới và vai trò then chốt trong các công nghệ tương lai, đất hiếm thực sự xứng đáng với danh hiệu "vàng xám" của thế kỷ 21. Việc kiểm soát nguồn cung đất hiếm sẽ quyết định vị thế của các quốc gia trong cuộc đua công nghệ toàn cầu. Đối với người tiêu dùng, hiểu biết về đất hiếm giúp chúng ta nhận thức được giá trị thực sự của những thiết bị công nghệ xung quanh và tầm quan trọng của việc sử dụng bền vững.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng