Tro than tại Mỹ chứa một lượng lớn nguyên tố đất hiếm, mở ra cơ hội giảm phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, trong bối cảnh các nghiên cứu và dự án thí điểm đang tìm cách khai thác nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả về kinh tế.

Tro than là phần cặn bột mịn còn lại sau khi đốt than làm nhiên liệu đã tích tụ trên khắp nước Mỹ suốt nhiều thập kỷ qua. Một nghiên cứu mới từ Đại học Texas tại Austin cho thấy nguồn tro than khổng lồ này chứa đủ nguyên tố đất hiếm để tăng cường đáng kể dự trữ quốc gia mà không cần khai thác thêm mỏ mới.

"Đây thực sự là minh chứng điển hình cho việc biến rác thành tài nguyên", giáo sư nghiên cứu Bridget Scanlon thuộc Cục Địa chất Kinh tế, Trường Khoa học Địa chất Jackson, đồng tác giả nghiên cứu, nhận xét. "Chúng tôi đang cố gắng khép kín vòng tuần hoàn, tận dụng chất thải để phục hồi tài nguyên, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường".

Nguồn tài nguyên tiềm năng ngay trong nước

Nhóm nghiên cứu xác định trữ lượng nguyên tố đất hiếm trong tro than tại Mỹ có thể lên tới 11 triệu tấn – gấp gần tám lần tổng trữ lượng hiện có trong nước. Đây là nghiên cứu đầu tiên thực hiện thống kê trên quy mô toàn quốc về nguồn tro than. Theo ước tính, lượng nguyên tố đất hiếm có thể khai thác từ nguồn này trị giá khoảng 8,4 tỷ USD.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí International Journal of Coal Science & Technology. Bộ Năng lượng Mỹ cũng đang áp dụng phương pháp nghiên cứu này để tiến hành đánh giá riêng về tài nguyên tro than trên toàn quốc.

Mặc dù hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong tro than thấp hơn so với các mỏ địa chất tự nhiên, nhưng ưu điểm của nguồn tài nguyên này là sẵn có với trữ lượng lớn.

"Lượng tro than khổng lồ này nằm rải rác khắp nước Mỹ, và quá trình đốt than đã giúp chúng ta xử lý một phần việc chiết tách khoáng vật chủ chứa nguyên tố đất hiếm", Davin Bagdonas, đồng tác giả nghiên cứu, chuyên gia tại Đại học Wyoming, cho biết.

Từ năm 1985 đến 2021, Mỹ đã sản xuất khoảng 1,87 tỷ tấn tro than, trong đó 70% được đánh giá là có thể phục hồi, với phần lớn đang được lưu trữ tại các bãi chôn lấp, hồ chứa hoặc khu lưu trữ bên ngoài. Phần còn lại đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất xi măng và xây dựng đường sá.

Sự khác biệt về hàm lượng đất hiếm theo khu vực

Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong tro than phụ thuộc vào nguồn gốc của than. Điều này cũng ảnh hưởng đến khả năng khai thác chúng.

Chẳng hạn, tro than từ lưu vực Appalachian chứa hàm lượng nguyên tố đất hiếm cao nhất, trung bình 431 mg/kg, nhưng chỉ có thể thu hồi khoảng 30% số đó. Trong khi đó, tro than từ lưu vực Powder River Basin có hàm lượng nguyên tố đất hiếm thấp nhất, trung bình 264 mg/kg, nhưng tỷ lệ có thể khai thác lên đến 70%.

Hiện nay, phần lớn các dự án chiết tách nguyên tố đất hiếm vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Bagdonas đang tham gia một dự án thí điểm tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia, tập trung vào việc khai thác nguyên tố đất hiếm từ tro than ở lưu vực Powder River Basin.

Theo giáo sư Scanlon, những dữ liệu nền tảng từ nghiên cứu này có thể giúp mở rộng thị trường tro than như một nguồn tài nguyên. "Chưa từng có một phân tích tổng thể nào ở mức độ khảo sát rộng như thế này. Nó tạo nền tảng để các nghiên cứu tiếp theo đi sâu hơn vào chi tiết".

Chris Young, Giám đốc Chiến lược của Element USA - công ty chuyên khai thác khoáng sản quan trọng từ phế liệu khoáng chất và kim loại, nhận định rằng nghiên cứu này cho thấy tiềm năng to lớn của tro than.

Tuy nhiên, thách thức đối với ngành công nghiệp hiện nay là phát triển đội ngũ nhân lực và quy trình vận hành để có thể khai thác nguyên tố đất hiếm và các vật liệu khác từ tro than cũng như các phụ phẩm khai khoáng khác.

"Ý tưởng khai thác nguyên tố đất hiếm từ chất thải khai khoáng là một hướng đi hợp lý. Vấn đề nằm ở chỗ biến ý tưởng đó thành một phương án khả thi về mặt kinh tế", ông Young chia sẻ.

Hiện tại, Element USA đang trong quá trình chuyển phòng thí nghiệm phân tích và thiết bị thí điểm của mình đến Austin nhằm tận dụng chuyên môn khoáng vật tại Đại học Texas, đồng thời tạo điều kiện để sinh viên có cơ hội nghiên cứu và phát triển sự nghiệp trong lĩnh vực khoáng sản quan trọng.

"Chúng tôi rất háo hức xây dựng mối quan hệ hợp tác với Đại học Texas trong lĩnh vực chế biến và phân tách khoáng sản", Young cho biết.

Nghiên cứu được thực hiện với sự tài trợ của Bộ Năng lượng Mỹ, Văn phòng Quản lý Năng lượng Hóa thạch và Carbon, cùng Trường Khoa học Địa chất Jackson.

Việt Hà (Theo SciTech Daily)