Ngành khai khoáng đang phát triển một cách nhanh chóng, mở ra các biên giới mới như khai thác biển sâu và thăm dò tài nguyên ngoài trái đất.

Khi thế giới chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng xanh, nhu cầu về các kim loại được sử dụng để chế tạo pin như đồng, niken và coban,… ngày càng tăng. Ảnh: BA Arts / Shutterstock.

Các quá trình địa chất phải mất hàng nghìn, thậm chí hàng triệu năm, để hình thành các mỏ khoáng sản. Tuy nhiên, trữ lượng có hạn mà nhu cầu sử dụng của con người ngày càng lớn, tốc độ con người khai thác và sử dụng khoáng sản nhanh hơn mức chúng có thể phục hồi. Theo một số ước tính của các nhà khoa học, nguồn cung của một số kim loại có thể cạn kiệt trong chưa đầy 50 năm tới.

Các phát hiện về trữ lượng khoáng sản mới cũng như chất lượng quặng đang giảm dần theo thời gian. Do đó, việc nhận định các mỏ mới khả thi và xác định tính khả thi về mặt kinh tế của việc khai thác một nguồn tài nguyên đã biết ngày càng trở nên khó khăn. Điều này đã dẫn đến sự gia tăng khai thác hầm lò và chuyển hướng khai thác các khoáng sàng ở vùng xa xôi, đồng nghĩa với việc gia tăng khoảng cách vận chuyển và chi phí lao động. Mặt khác, do thiếu sự đầu tư trong nhiều năm nên việc khám phá các cơ hội chi tiêu vốn và xác định các dự án phù hợp để thực thi có ý nghĩa rất quan trọng đối với các biện pháp cắt giảm chi phí. Tương lai của khai thác mỏ đang phát triển nhanh chóng và cơ hội về các biên giới mới đang mở ra như khai thác biển sâu và thăm dò tài nguyên ngoài trái đất.

Khai thác biển sâu: khai thác tài nguyên từ đáy đại dương

Khai thác biển sâu, khai thác khoáng sản từ đáy biển dưới đáy đại dương sâu, đang ngày càng hấp dẫn các nhà đầu tư. Khi thế giới chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng xanh, nhu cầu về các kim loại như đồng, niken và coban, được sử dụng để chế tạo pin, ngày càng tăng. Trên đất liền, trữ lượng các kim loại này đang giảm dần, tuy nhiên, một lượng lớn các khoáng chất có thể được tìm thấy ở nhiều nơi của đáy đại dương dưới dạng các nốt sần đa kim.

Các nốt sần đa kim, còn được gọi là nốt mangan, là sự kết tụ khoáng chất dưới đáy biển được hình thành từ các lớp hydroxit sắt và mangan đồng tâm xung quanh một lõi. Chúng có kích thước bằng củ khoai tây và trông giống như những cục than. Các nốt đa kim chứa các kim loại có giá trị như niken, đồng, coban, chì, molypden, cadmium, vanadi và titan. Vì các nốt sần có thể được tìm thấy với số lượng lớn nên các khoáng sàng được nhận định là một lợi ích kinh tế tiềm năng.

Các nốt sần đa kim ở độ sâu nghìn mét dưới mực nước biển ước tính chứa hàng chục tỷ tấn kim loại quý hiếm. Ảnh: Văn phòng Thăm dò và Nghiên cứu Đại dương NOAA.

Loại hình khai thác này dựa vào việc lập bản đồ và thăm dò chính xác để đánh giá khả năng kinh tế của nguồn tài nguyên. Để thực hiện điều này, các loại robot thám hiểm, máy bay không người lái và robot tàu ngầm được triển khai để khám phá các địa điểm xa xôi và nguy hiểm, bao gồm các đường hầm dưới lòng đất, đáy biển sâu và vùng cực.

Khai thác nốt sần đa kim thông thường dựa trên công nghệ nạo vét, tiềm ẩn nguy cơ phá hủy môi trường dưới đáy biển trên quy mô rộng - chủ yếu là gây mất đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến các luồng trầm tích lớn. Nhằm giảm tác động tiêu cực này, trên thị trường đã xuất hiện các doanh nghiệp như Impossible Metals, một công ty chuyên chế tạo các phương tiện robot dưới nước phục vụ khai thác các khoáng sản quan trọng dưới đáy biển. Vào tháng 12/2022, phương tiện tự hành dưới nước có tên “Eureka 1” của Công ty Impossible Metals đã hoàn thành thử nghiệm Chứng minh khái niệm (POC) bằng cách khai thác đá có chọn lọc trong môi trường dưới nước.

Patania II, một robot khai thác đáy biển nặng 25 tấn, của Công ty Global Sea Mineral Resources (Tài nguyên Khoáng sản biển Toàn cầu), Bỉ, chuẩn bị được hạ xuống đáy biển ở Vùng Clarion Clipperton của Thái Bình Dương, tháng 4/2021. Ảnh: REUTERS

Tính đến tháng 7/2023, Cơ quan Quản lý Đáy biển Quốc tế (ISA), một cơ quan của Liên hợp quốc, đã cấp hơn 30 hợp đồng cho phép một số công ty và quốc gia thăm dò khoảng 1,5 triệu km² đáy đại dương để khai thác biển sâu. Cho đến nay vẫn chưa có hướng dẫn nào được thông qua nhưng các quy định khai thác dưới biển sâu hiện đang được soạn thảo, với kế hoạch sẽ đưa vào áp dụng vào năm 2025.

Khai thác tiểu hành tinh: khai thác tài nguyên từ không gian

Khám phá tài nguyên ngoài trái đất không còn chỉ là khoa học viễn tưởng. Khai thác tài nguyên và các khoáng sản quan trọng trên mặt trăng, sao Hỏa và xa hơn ngày càng trở nên khả thi và không gian không còn là lĩnh vực độc quyền của các chính phủ và các công ty hàng không vũ trụ và quốc phòng đương nhiệm. Những tiến bộ công nghệ trong chế biến, đẩy và phóng tên lửa đã giúp việc mạo hiểm bay vào không gian trở nên dễ dàng và ít tốn kém hơn nhiều. Ngoài ra, robot sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc điều hướng các điều kiện khắc nghiệt và thực hiện các nhiệm vụ có tính rủi ro.

Các tiểu hành tinh loại M, được cho là những mảnh vụn của lõi hành tinh đã diệt vong, rất giàu kim loại có giá trị. Ảnh: NASA.

SpaceX là công ty hàng không vũ trụ tư nhân đầu tiên phóng tàu vũ trụ lên quỹ đạo và đưa nó trở về Trái đất an toàn. Được thành lập vào năm 2002 bởi Elon Musk, SpaceX là một nền tảng hàng không vũ trụ tư nhân nhắm đến mục đích đưa các vệ tinh vào quỹ đạo và vận chuyển hàng hóa, với mục tiêu chính là thương mại hóa du hành vũ trụ. Công ty đã phát triển một loạt các hệ thống tàu vũ trụ và tên lửa có thể tái sử dụng, nhờ đó, cắt giảm đáng kể chi phí bay vào vũ trụ. Hiện tại, SpaceX đang tính phí khách hàng 67 triệu đô la cho mỗi lần phóng Falcon 9, hệ thống phóng tên lửa hạng trung có thể tái sử dụng một số bộ phận, chỉ bằng 1/5 mức giá của phần lớn các công ty đối thủ khác.

Tháng 8/2023, tàu vũ trụ Chandrayaan-3 của Tổ chức nghiên cứu vũ trụ Ấn Độ (ISRO) hạ cánh thành công trên Mặt trăng, biến Ấn Độ thành quốc gia thứ 4 sau Mỹ, Liên Xô và Trung Quốc từng tiếp đất nhẹ nhàng nơi đây bằng tàu tự động. Thành công của Chandrayaan-3 đánh dấu bước ngoặt lớn bởi vì đây là tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh ở cực nam của Mặt Trăng, khu vực chứa băng nước và nhiều khoáng chất quý giá. Dữ liệu thu được từ những thí nghiệm trong chuyến đi này sẽ giúp hỗ trợ các nhiệm vụ Mặt trăng trong tương lai.

Khai thác tiểu hành tinh là một phương pháp mới và rất tốn kém để lấy được tài nguyên. OSIRIS-REx là sứ mệnh đầu tiên của Mỹ thu thập mẫu từ một tiểu hành tinh. Tháng 9/2023, sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA đã thực hiện thành công sứ mệnh mang về Trái đất 70,3g đá và bụi từ tiểu hành tinh có tên Bennu, nhưng tiêu tốn khoảng 1,16 tỷ USD. Ngoài ra, nhiều công ty khởi nghiệp khác, bao gồm AstroForge, TransAstra và Asteroid Mining Corporation Ltd., cũng đang tạo ra một làn sóng mới với mục tiêu tham vọng là khai thác các nguồn tài nguyên quý giá như bạch kim và coban từ các tiểu hành tinh, tiến tới cách mạng hóa ngành khai thác mỏ và mở đường cho một tương lai bền vững hơn.

Theo Asterank, cơ sở dữ liệu khoa học và kinh tế của hơn 6.000 tiểu hành tinh hiện đang được theo dõi bởi NASA, chỉ khai thác mười tiểu hành tinh có hiệu quả chi phí nhất – có đặc điểm là đều gần Trái đất nhất và có giá trị lớn nhất - sẽ tạo ra lợi nhuận khoảng 1,5 nghìn tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra còn có tiềm năng lớn để mở rộng hơn nữa. Chẳng hạn như, tiểu hành tinh mang tên 16 Psyche rộng 140 dặm (hơn 225 km), có thể chứa lõi sắt, niken và vàng trị giá 10.000 triệu tỷ USD.

Tuy nhiên, vấn đề chủ yếu của khai thác tiểu hành tinh là tiềm ẩn nguy cơ sẽ xảy ra một cuộc đấu tranh toàn cầu về tài nguyên và năng lượng. Theo Tạp chí Quốc tế Harvard, nếu tài nguyên khai thác từ tiểu hành tinh tràn ngập thị trường sẽ gây ra sự mất giá nhanh chóng của nguyên liệu thô toàn cầu. Trong một mô phỏng, chỉ riêng một lô hàng khoáng sản không gian có thể làm giảm 50% giá vàng trên Trái đất.

Cho dù khai thác ở đất liền, biển khơi hay trong không gian, việc bảo tồn sự cân bằng sinh thái luôn là một tiêu chí để cân nhắc các dự án khai khoáng. Hoạt động khai thác đáy đại dương mặc dù không bù đắp hết cho các hoạt động diễn ra trên đất liền, nhưng là nguồn bổ sung cần thiết để đáp ứng các nhu cầu trong tương lai. Sự thành công của khai thác tiểu hành tinh có thể làm giảm đáng kể thiệt hại môi trường do khai thác trên Trái đất, bảo tồn môi trường sống tự nhiên và hệ sinh thái. Hơn nữa, nó có thể cung cấp một nguồn tài nguyên quan trọng bền vững, giảm thiểu nguy cơ cạn kiệt tài nguyên và thúc đẩy cách tiếp cận có ý thức hơn về môi trường đối với ngành khai khoáng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề về luật khai thác tài nguyên ngoài vũ trụ vốn đang tụt hậu và chưa theo kịp thời đại. Đồng thời, cũng như đối với lĩnh vực không gian, các sáng kiến ​​khai khoáng dưới đáy dại dương đang đặt ra những vấn đề nan giải về việc khai thác tài nguyên ở những vùng ngày càng xa xôi./.