Đất hiếm giảm dần vị thế

08:57 | 11/12/2019

|
Đất hiếm chủ yếu để sản xuất nam châm vĩnh cửu cho turbine điện gió. Tuy nhiên, theo Cơ quan Quản lý năng lượng và môi trường Pháp (ADEME), sự phát triển năng lượng tái tạo trong tương lai sẽ không quá phụ thuộc vào đất hiếm - thứ kim loại Trung Quốc đang nắm giữ độc quyền.

Đất hiếm là tập hợp của 17 nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn Mendeleev, có tên gọi là scandium, ytrium và 15 nguyên tố của nhóm Lantan, có hàm lượng lớn trong vỏ trái đất. Người ta có thể tìm thấy các nguyên tố đất hiếm ở trong các lớp trầm tích, các mỏ quặng và cát đen. Nhóm đất hiếm thường không có tên trong sự sắp xếp khoa học. Tuy vậy, đất hiếm vẫn được sắp xếp vào dạng hợp kim và các hợp chất khác.

dat hiem giam dan vi the
Một trang trại điện gió mặt đất ở Texas, Mỹ

Mặc dù mang tên là “hiếm”, các nguyên tố đất hiếm, ngoại trừ promethium có tính phóng xạ là cực “hiếm”, những nguyên tố khác tương đối dồi dào trong lớp vỏ trái đất, trong đó cerium là nguyên tố phổ biến thứ 25 với 68 phần triệu, nhiều hơn cả đồng. Tuy nhiên, do đặc tính địa hóa của chúng, đất hiếm thường phân tán và không thường được tìm thấy tập trung trong các khoáng vật.

Do sự phân bố không đều, những kim loại đất hiếm rất hiếm đối với châu Âu nhưng với Trung Quốc thì không. Hiện tại, hơn 90% thị trường thế giới và khoảng 1/4 trữ lượng kim loại đất hiếm thuộc về Trung Quốc (theo dữ liệu năm 2017). Các kim loại đất hiếm ngày càng có giá trị hơn kể từ khi Trung Quốc quyết định cắt giảm xuất khẩu. Kể từ đó, giá đất hiếm lên xuống thất thường, chủ yếu là do các công ty chế tạo cảnh giác với việc cam kết sản xuất phụ thuộc vào kim loại đất hiếm khi họ không chắc chắn về nguồn cung tương lai. Trên toàn thế giới chỉ có khoảng 5-6 mỏ đất hiếm đủ trữ lượng cho việc khai thác khả thi với đầu tư ban đầu lên đến hàng trăm triệu USD.

Các kim loại đất hiếm thường được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm như máy bay quân sự không người lái, hệ thống radar, đến nam châm hiệu suất cao được sử dụng trong các loại ôtô thương mại và một loạt các sản phẩm điện tử tiêu dùng.

Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, đất hiếm được sử dụng trong công nghệ chế tạo turbine gió, cụ thể là các chi tiết được trang bị cho máy phát điện đồng bộ với nam châm vĩnh cửu. Xuất hiện vào những năm 2000, những chi tiết này có tác dụng cải thiện hiệu quả chuyển đổi, giảm yêu cầu về trọng lượng và bảo trì kéo dài tuổi thọ của các hệ thống. Nam châm vĩnh cửu chứa hai loại kim loại đất hiếm: Neodymium (29-32% mỗi kg) và Dysprosium (3-6% mỗi kg).

Khoảng 3% turbine gió trên mặt đất ở Pháp được trang bị nam châm vĩnh cửu. ADEME ước tính rằng, các turbine gió của Pháp đang hoạt động tính đến cuối năm 2018 chứa khoảng 70 tấn Neodymium và 13 tấn Dysprosium.

Với điện gió ngoài khơi, nam châm vĩnh cửu còn được sử dụng nhiều hơn, do yêu cầu giảm chi phí cho hoạt động bảo trì, cũng để giảm trọng lượng turbine. Xin nhắc lại, các trang trại điện gió ngoài khơi đầu tiên sẽ được đưa vào hoạt động tại Pháp trong những năm tới. Đến năm 2030, việc lắp đặt 10 GW công suất điện gió ngoài khơi ở Pháp có thể khiến nhu cầu về đất hiếm của Pháp lên tới 173 tấn Neodymium và 33 tấn Dysprosium mỗi năm.

Ở cấp độ toàn cầu, sự phát triển của năng lượng gió ngoài khơi từ nay đến năm 2030 có thể làm tăng hơn 6% sản lượng Neodymium và hơn 30% sản lượng Dysprosium hằng năm, theo các ước tính của ADEME.

Theo ADEME, áp lực về đất hiếm dường như không ảnh hưởng nhiều đến sự phát triển của năng lượng gió, đặc biệt vì thế giới đã có các công nghệ thay thế (máy phát điện cảm ứng, máy phát điện đồng bộ không cần nam châm vĩnh cửu), bao gồm cả với các turbine gió ngoài khơi (tập đoàn chuyên về sản xuất turbine gió phát điện MHI Vestas đang phát triển các công nghệ sử dụng ít nam châm vĩnh cửu hơn).

ADEME cho rằng có nhiều yếu tố sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng đất hiếm trong lĩnh vực điện gió trong những thập niên tới, như: Sự phát triển của công nghệ nam châm vĩnh cửu và mức độ sử dụng các nam châm này, sự thay thế nam châm vĩnh cửu bằng công nghệ mới, mức độ sử dụng toàn cầu, sự thay đổi nguồn cung cấp trong 20-30 năm...

ADEME chỉ ra rằng, các công nghệ điện mặt trời hiện tại không quan tâm đến nhu cầu đất hiếm.

Về lưu trữ điện, ADEME tuyên bố: Đất hiếm sẽ không xâm nhập hoặc chỉ với số lượng rất nhỏ (có thể là phụ gia) vào thành phần của hầu hết các loại pin (ngoại trừ pin niken hydride kim loại).

Các trang trại điện gió ngoài khơi đầu tiên sẽ được đưa vào hoạt động tại Pháp trong những năm tới. Đến năm 2030, việc lắp đặt 10 GW công suất điện gió ngoài khơi ở Pháp có thể khiến nhu cầu về đất hiếm của Pháp lên tới 173 tấn Neodymium và 33 tấn Dysprosium mỗi năm.

S.Phương