Mỹ có thể khai thác khoáng sản chiến lược mà không cần đào hố mới

Mỗi khi sử dụng điện thoại thông minh, bật máy tính hay thưởng thức âm nhạc qua tai nghe AirPods, chúng ta đều đang dựa vào các khoáng sản chiến lược. Những nguyên liệu này, dù nhỏ bé về khối lượng, lại đóng vai trò nền tảng cho cuộc sống hiện đại.

Từ lithium, cobalt, niken và graphite trong pin cho đến gallium trong các hệ thống viễn thông đảm bảo kết nối liên tục, các khoáng sản chiến lược được ví như “vitamin” không thể thiếu của công nghệ hiện nay, với vai trò thiết yếu dù chỉ chiếm một phần rất nhỏ.

Tuy nhiên, Hoa Kỳ hiện phụ thuộc lớn vào nhập khẩu để đáp ứng nhu cầu về các khoáng sản này. Theo số liệu năm 2024, quốc gia này nhập khẩu tới 80% nguyên tố đất hiếm, 100% gallium và graphite tự nhiên, cùng 48% đến 76% lithium, niken và cobalt.

Sự phụ thuộc này, kết hợp với nhu cầu toàn cầu ngày càng tăng và những căng thẳng địa chính trị gia tăng, đã biến nguồn cung khoáng sản chiến lược thành một mối quan ngại lớn về an ninh quốc gia, đồng thời là một trong những thách thức cấp bách nhất đối với chuỗi cung ứng hiện nay.

Câu hỏi đặt ra là: Liệu Hoa Kỳ có thể tự khai thác và chế biến nhiều khoáng sản chiến lược hơn ngay tại nước mình?

Những rào cản trong khai thác khoáng sản chiến lược tại Mỹ

Hãy cùng xem xét nhóm nguyên tố đất hiếm, một thành phần quan trọng trong công nghệ hiện đại, xe điện, hệ thống năng lượng và các ứng dụng quân sự. Chẳng hạn, neodymium là yếu tố then chốt để tạo ra nam châm mạnh sử dụng trong ổ cứng máy tính, laser và tua-bin gió.

Gadolinium không thể thiếu trong các máy chụp cộng hưởng từ (MRI), trong khi samarium và cerium đóng vai trò quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân cũng như các hệ thống năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió.

Dù mang tên “đất hiếm”, các nguyên tố này thực tế không hề hiếm. Hàm lượng của chúng trong vỏ Trái Đất tương đương với các kim loại được khai thác phổ biến như kẽm hay đồng.

Tuy nhiên, đất hiếm hiếm khi xuất hiện ở dạng khoáng vật dễ tiếp cận hoặc mỏ có hàm lượng cao, đủ để khai thác kinh tế. Vì vậy, việc xác định các nguồn tài nguyên có nồng độ cao và trữ lượng lớn là yếu tố then chốt để đảm bảo khả năng sản xuất hiệu quả.

Hiện tại, Hoa Kỳ chỉ có hai địa điểm khai thác đất hiếm trong nước, một ở bang Georgia và một ở California. Tại khu vực đông nam Georgia, đất hiếm được khai thác như sản phẩm phụ từ hoạt động khai thác cát khoáng nặng.

Tuy vậy, các tinh quặng đất hiếm tại đây phải chuyển ra ngoài bang, thậm chí ra nước ngoài để tinh chế thành vật liệu sử dụng trong công nghệ năng lượng tái tạo và nam châm vĩnh cửu.

Trong khi đó, tại Mountain Pass, California, hoạt động khai thác đá cứng cho ra khoáng vật đất hiếm gọi là bastnaesite, nhưng phần lớn vật liệu này cũng được gửi ra nước ngoài để xử lý. Kết quả là chuỗi cung ứng, từ khai thác đến sản phẩm cuối cùng, trải dài qua nhiều châu lục.

Để đáp ứng nhu cầu nội địa về đất hiếm và các khoáng sản chiến lược khác, Hoa Kỳ không chỉ cần mở thêm mỏ mới mà còn phải phát triển và mở rộng các công nghệ mới, đồng thời xây dựng các cơ sở chế biến.

Trong lịch sử, việc chế biến thường được thực hiện ở nước ngoài do những tác động môi trường, nhu cầu năng lượng lớn và các quy định nghiêm ngặt tại Mỹ.

Con đường đầy tiềm năng nhưng nhiều thử thách để mở mỏ mới

Hoạt động thăm dò khoáng sản chiến lược tại Hoa Kỳ đang được đẩy mạnh. Năm 2017, Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ đã khởi động Sáng kiến Bản đồ Tài nguyên Trái Đất (Earth MRI) nhằm xác định các nguồn khoáng sản chiến lược tiềm năng trong nước.

Một số khu vực giàu triển vọng cho đất hiếm là những nơi chịu ảnh hưởng mạnh của quá trình phong hóa hóa học, nơi đá chứa đất hiếm bị phân hủy do tương tác với nước và không khí. Các dự án thăm dò đang được triển khai tại một số địa điểm, bao gồm các khu vực ở Wyoming và Montana.

Tuy nhiên, việc xác định nguồn tài nguyên không đồng nghĩa với việc có thể khai thác ngay. Quy trình khai thác truyền thống tại Hoa Kỳ có thể mất từ một đến hai thập kỷ từ giai đoạn thăm dò đến sản xuất, thậm chí lên tới 29 năm, lâu thứ hai trên thế giới.

Dù thời gian này có thể được rút ngắn dưới chính quyền hiện tại, các công ty vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức lớn liên quan đến cấp phép, phát triển cơ sở hạ tầng và đôi khi là sự phản đối từ cộng đồng địa phương.

Việc quản lý các tác động môi trường như ô nhiễm không khí, nước, cùng với mức tiêu thụ năng lượng và nước cao, cũng làm tăng chi phí và kéo dài thời gian thực hiện dự án.

Do các dự án thăm dò vẫn đang ở giai đoạn sơ khai, Hoa Kỳ cần những nỗ lực song song để nhanh chóng đưa các nguồn tài nguyên này ra thị trường.

Tận dụng những gì đã khai thác

Một trong những cách nhanh nhất để tăng sản lượng đất hiếm tại Hoa Kỳ không phải là đào thêm mỏ mới, mà là quay lại khai thác từ những mỏ cũ. Khu vực duyên hải Đại Tây Dương nổi bật trên bản đồ Earth MRI như một khu vực giàu tiềm năng.

Đặc biệt, khu vực này đã có hoạt động khai thác lâu đời cùng cơ sở hạ tầng phát triển, giúp rút ngắn đáng kể thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Tại bang Georgia, các mỏ cát khoáng chứa nhiều titan, zirconium và đất hiếm. Titan và zirconium, vốn được sử dụng trong hàng không vũ trụ, năng lượng và y tế, hiện đã được khai thác tại Florida và Georgia.

Ở khu vực đông nam Georgia, đất hiếm từ cát khoáng nặng đã được thu hồi dưới dạng tinh quặng đất hiếm. Bên cạnh đó, một loại đất sét trắng dùng trong sản xuất giấy, sơn và sứ là kaolin đã được khai thác tại Georgia hơn một thế kỷ và cũng chứa đất hiếm.

Với hơn 8 triệu tấn kaolin được sản xuất mỗi năm, Georgia là bang dẫn đầu Hoa Kỳ về sản lượng và là nhà xuất khẩu lớn. Quá trình này cũng tạo ra hàng triệu tấn phế liệu khai thác và chế biến, được gọi là quặng đuôi.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy quặng đuôi này có tiềm năng lớn để khai thác đất hiếm. Do đã được khai thác và nằm sẵn trên bề mặt, việc xử lý quặng đuôi không đòi hỏi khoan hay nổ mìn. Điều này đồng nghĩa với việc tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có, rút ngắn thời gian và giảm chi phí so với các dự án khai thác mới.

Những tiến bộ công nghệ như chiết tách sinh học, chiết tách dựa trên ligand và tách điện hóa đang mở ra khả năng khai thác từ các phế liệu này.

Các cơ sở chế biến mới có thể được xây dựng gần các mỏ kaolin hoặc cát khoáng nặng hiện có, hoặc tại các địa điểm khai thác cũ, giúp đưa vật liệu ra thị trường trong vài năm thay vì hàng chục năm.

Tương lai của khai thác phế liệu

Cách tiếp cận này là một phần của chiến lược rộng hơn, được gọi là “khai thác phế liệu”, “khai thác đô thị” hoặc “khai thác chu kỳ nhân tạo”.

Chiến lược này tập trung vào việc thu hồi khoáng sản chiến lược từ các dòng phế liệu hiện có như quặng đuôi, tro than và các sản phẩm phụ công nghiệp. Đây cũng là một phần của việc xây dựng nền kinh tế tuần hoàn, nơi vật liệu được tái sử dụng và tái chế thay vì bị thải bỏ.

Hoa Kỳ hoàn toàn có tiềm năng xây dựng các chuỗi cung ứng nội địa mới cho các vật liệu thiết yếu đối với an ninh quốc gia và công nghệ. Khai thác phế liệu và tái chế là những yếu tố quan trọng để đảm bảo tính bền vững lâu dài cho các chuỗi cung ứng này.

Dũng Phan (Theo Tech Xplore)