Hành trình thay thế đất hiếm

Phóng to

Giáo sư Schrefl, người đứng đầu nhóm nghiên cứu - Ảnh: DW

Kênh truyền hình Đức DW tuần trước đưa tin một nhóm nhà khoa học ở Áo đã tìm ra những bằng chứng cho thấy việc sử dụng dysprosium - một loại đất hiếm chiến lược được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệ cao từ điện thoại di động đến công nghệ xanh, vũ khí hay thiết bị vũ trụ - có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn. Thomas Schrefl, người đứng đầu cuộc thí nghiệm, đã trình bài phát hiện của nhóm ông ở Hội Khoáng sản, kim loại và nguyên vật liệu vào tháng 3.

Những phát hiện này được trông chờ là một bước ngoặt trong nỗ lực của các nhà sản xuất công nghệ xanh, giảm thiểu sự phụ thuộc vào một số loại đất hiếm mà nguồn cung chủ yếu do Trung Quốc kiểm soát. Nhóm của Schrefl chỉ là một trong vài nhóm nghiên cứu tiên phong lĩnh vực này trên toàn châu Âu, và họ đã đến được với những phát hiện nhờ kết hợp phương trình Schrodinger, các siêu máy tính và một số thuật toán bất ngờ khác.

“Những thiết bị có đất hiếm là thành phần cơ bản là cách duy nhất hiện giờ cho phép sản xuất động cơ xe với kích cỡ nhỏ mà vẫn tiết kiệm được năng lượng. Chúng ta nên kết hợp các yếu tố thuận lợi đó để tạo ra một động cơ lý tưởng” - DW dẫn lời Manfred Schrodl, người đứng đầu Viện kinh tế học về các hệ thống lực và năng lượng tại Đại học kỹ thuật Vienna.

Schrodl còn cho các phóng viên xem một bánh nam châm với kích thước bằng một cái chặn giấy, bề mặt được phủ các vạch đất hiếm nhỏ làm từ dysprosium. Chiếc bánh nam châm quay là khá nhỏ so với phần còn lại của động cơ các dòng xe lai tiết kiệm năng lượng, nhưng nó cực nặng. Các động cơ của xe lai thường sử dụng khoảng 2kg đất hiếm và số lượng đó là rất đáng kể nếu tính tới hàng trăm nghìn chiếc được sản xuất mỗi năm. Trong một động cơ chạy bằng sức gió, khối lượng đất hiếm có thể là hàng tấn.

Phóng to

Chiếc bánh nam châm dùng trong các động cơ xe lai với những vạch đất hiếm - Ảnh: DW

Tới giờ, các nam châm làm từ hợp kim đất hiếm, được sáng chế vào những năm 1970-1980, là loại nam châm vĩnh cửu dùng rất nhiều trong động cơ mạnh mẽ nhất mà con người từng biết tới. Các nhà nghiên cứu ở Áo đã sử dụng tổng hợp các phương pháp toán học, vật lý với sự trợ giúp của những siêu máy tính để nắm bắt được cơ chế làm tăng từ tính của đất hiếm trong các hợp kim. Họ hi vọng từ đó sẽ tìm ra cách thay thế loại nguyên liệu tai ác này.

Là một loại kim loại màu bạc và mềm tới mức có thể cắt được bằng dao, dysprosium có tên bắt nguồn từ một từ Hi Lạp có nghĩa là “khó kiếm”. Hiện Trung Quốc kiểm soát gần như toàn bộ nguồn cung đất hiếm trên toàn cầu và đã cắt hạn ngạch xuất khẩu tới 40% vào năm 2010. Các nhà phân tích cảnh báo trong tương lai lượng xuất khẩu sẽ còn giảm nữa. Cũng năm 2010, Bộ Năng lượng Mỹ đã xác định dysprosium là loại vật liệu trọng yếu có nguy cơ bị cắt đứt nguồn cung.

Giá đất hiếm vì thế đã tăng chóng mặt những năm vừa qua, nhưng vấn đề với dysprosium không chỉ là chi phí. “Tại miền nam Trung Quốc, trữ lượng quặng dysprosium đang dần cạn và sẽ cạn kiệt trong 15-20 năm nữa” - DW dẫn lời Judith Chegwidden của Trung tâm thông tin Roskill, một cơ quan tư vấn về kim loại và khoáng sản có trụ sở tại Anh. Trong khi đó, sản lượng các loại xe lai và động cơ điện chạy bằng sức gió được chờ đợi sẽ gia tăng khi nhu cầu tiết kiệm và chuyển đổi sang năng lượng sạch đang bức bách hơn bao giờ hết.

Rất lo lắng và quyết tâm tìm ra các loại vật liệu thay thế, một số nhà sản xuất đã đầu tư ngân quỹ cho các đội nghiên cứu tại Nhật Bản, Mỹ và châu Âu, bao gồm nhóm của Schrefl tại Đại học khoa học ứng dụng St Polten, Áo. Schrefl không thể tiết lộ nhiều về các phát hiện bởi dự án của ông là bí mật, được một hãng xe hơi Nhật tài trợ mà các nhà khoa học không được nêu tên. Họ tin rằng với phương pháp mới của mình sẽ giảm được đáng kể lượng dysprosium dùng trong nam châm của các loại xe lai.

“Có thể sẽ rất sớm, nhưng tôi không thể nói được” - Schrefl vừa cười vừa nói với DW.