Chất thải asen độc hại có thể trở thành nguyên liệu sản xuất chip

Bùn chứa asen được chuyển hóa thành vật liệu bán dẫn. Ảnh: lightsource

Bùn thải chứa asen từ lâu là gánh nặng môi trường với chi phí xử lý và lưu trữ cao ngất ngưởng. Nhưng giờ đây, loại chất thải độc hại này có thể trở thành nguồn nguyên liệu quý giá.

Nhóm nghiên cứu tại Cơ quan Khảo sát Địa chất Đan Mạch và Greenland vừa tìm ra cách chuyển hóa asen từ dạng độc tố thành kim loại sử dụng được trong chip máy tính, pin tiên tiến và công nghệ xanh.

"Thạch tín được biết đến như Vua của các loại độc tố và Độc tố của các vị vua trong nhiều thập kỷ", Case van Genuchten, tác giả chính nghiên cứu, nói. Asen xuất hiện phổ biến trong nước ngầm và tại các mỏ vàng, đồng trên khắp thế giới. Các nhà máy xử lý nước có thể lọc sạch asen khỏi nguồn cấp, nhưng vẫn để lại cặn giàu chất độc này. Những khu khai thác mỏ cũng phải đối mặt với lượng chất thải asen tập trung quanh khu vực đào bới.

Các cơ sở xử lý nước và mỏ vật liệu phải chi tiền lớn để bảo quản an toàn những chất cặn nguy hiểm. Chi phí tăng liên tục qua các năm. Rủi ro rò rỉ vào môi trường luôn hiện hữu. Trước đây, các ngành công nghiệp không có phương án nào để vô hiệu hóa hoặc tái sử dụng asen một cách hiệu quả.

Van Genuchten và nhà nghiên cứu Kaifeng Wang quyết định đi ngược lại tư duy cũ. Thay vì chỉ coi asen là mối đe dọa cần kiểm soát, họ tìm cách biến nó thành tài nguyên có ích. "Giá trị xã hội của asen thay đổi gần như theo thời gian thực", van Genuchten giải thích.

Asen hiện được dùng trong nhiều sản phẩm thiết yếu cho quá trình chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang hệ thống năng lượng sạch. Một số quốc gia đã liệt asen vào danh sách khoáng chất chiến lược. Nhu cầu tăng mạnh do vai trò quan trọng của asen trong sản xuất chất bán dẫn, pin thế hệ mới và các công nghệ xanh.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển quy trình hóa học chuyển asen từ bùn xử lý nước ngầm thành asen kim loại. Sản phẩm cuối có dạng kim loại thủy tinh, khác hẳn dạng tinh thể truyền thống. Cấu trúc đặc biệt này mang lại những tính chất điện và cơ học riêng biệt, phù hợp với yêu cầu của các ứng dụng công nghiệp tiên tiến. Kim loại thủy tinh thường có độ bền cao hơn và khả năng dẫn điện tốt hơn trong một số điều kiện cụ thể.

Để kiểm tra chi tiết vật liệu mới, nhóm nghiên cứu làm việc tại Trung tâm Nguồn Sáng Canada (Canadian Light Source - CLS) thuộc Đại học Saskatchewan. Họ sử dụng hệ thống chùm tia Brockhouse để phân tích cấu trúc nguyên tử của asen thủy tinh. "Đây là nơi tuyệt vời để thực hiện công việc này", van Genuchten chia sẻ. "Chúng tôi cần kỹ thuật rất cụ thể để nghiên cứu vật liệu dạng thủy tinh, và đội ngũ CLS hỗ trợ chúng tôi cực kỳ nhanh chóng." Kết quả phân tích xác nhận asen tái chế đạt đủ tiêu chuẩn kỹ thuật để dùng trong hệ thống điện tử và năng lượng.

Các nhà khoa học giờ muốn đưa quy trình ra khỏi phòng thí nghiệm. Van Genuchten hy vọng thử nghiệm phương pháp này tại các nhà máy xử lý nước thực tế và khu vực khai thác mỏ đang hoạt động. Ông nhìn thấy tiềm năng lớn ở những nơi đang vật lộn với ô nhiễm asen và núi chất thải tồn đọng qua nhiều năm.

"Có quá nhiều chất thải mà chúng ta không biết phải làm gì trong thời gian dài", van Genuchten nói. "Nếu bạn loại bỏ nó khỏi môi trường và tạo ra thứ có giá trị từ đó, tôi nghĩ đây là ý tưởng mạnh mẽ về cả mặt môi trường lẫn xã hội." Khi triển khai thành công trên quy mô công nghiệp, phương pháp này có thể giảm ô nhiễm đồng thời cung cấp nguyên liệu thiết yếu cho quá trình chuyển đổi xanh toàn cầu.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng