Các nguyên tố đất hiếm (REE) đang giữ vai trò thiết yếu trong các công nghệ hiện đại, từ sản xuất nam châm cho tuabin gió, bộ chuyển đổi xúc tác, đến pin xe điện. Những kim loại như xeri, lantan hay neodymi không chỉ là "nguồn sống" của các thiết bị công nghệ cao như máy tính và điện thoại thông minh, mà còn là chìa khóa cho các giải pháp xanh giúp giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, mặt trái của việc khai thác đất hiếm lại là gánh nặng môi trường khổng lồ, đặt ra bài toán cấp thiết cho ngành công nghiệp toàn cầu.

Các khoáng chất đất hiếm, chẳng hạn như xeri, bastnaesite, neodymium và lanthanum, được sử dụng để chế tạo nam châm cho tuabin gió, bộ chuyển đổi xúc tác và pin. Ảnh: Reuters

Bước đột phá từ phương pháp điện động lực học

Quy trình khai thác đất hiếm hiện nay đòi hỏi việc đào bới hàng tấn đất đá, tiêu tốn lượng nước khổng lồ và sử dụng hóa chất độc hại, tạo ra lượng lớn chất thải khó xử lý. Những khu vực khai thác thường phải đối mặt với sự hủy hoại nghiêm trọng của hệ sinh thái và ô nhiễm nguồn nước ngầm, khiến việc phát triển ngành công nghiệp này trở thành một con dao hai lưỡi.

Ảnh: Phawat / Shutterstock.com

Nhận thức được những nguy cơ từ phương pháp truyền thống, một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển kỹ thuật khai thác điện động lực học (EKM) – một giải pháp mang tính cách mạng trong ngành công nghiệp đất hiếm. Theo công bố trên tạp chí Nature Sustainability (Bền vững tự nhiên), phương pháp này sử dụng điện trường ngầm để thu hồi đất hiếm một cách hiệu quả và thân thiện hơn với môi trường. 

Thay vì dùng hóa chất mạnh để hòa tan quặng, kỹ thuật EKM dựa trên việc đặt các điện cực nhựa dẫn điện (CPE) vào lòng đất. Các điện cực này, làm từ hỗn hợp nhựa và vật liệu dẫn điện, được thiết kế linh hoạt để dễ dàng lắp đặt vào các lỗ khoan tại mỏ quặng. Khi điện trường được kích hoạt, các nguyên tố đất hiếm sẽ di chuyển về phía cực âm, tập trung lại để thu hồi và chiết xuất. Quá trình này giúp tách các nguyên tố đất hiếm ra khỏi các vật liệu khác mà không cần phải sử dụng lượng lớn nước hay hóa chất độc hại như trong phương pháp khai thác truyền thống. Từ đó, giảm thiểu tác động đến môi trường và tối ưu hóa hiệu quả khai thác.

Hiệu quả vượt trội và lợi ích môi trường

Kỹ thuật EKM mang lại hiệu quả vượt trội với khả năng thu hồi nguyên tố đất hiếm (REE) lên đến 95,5% chỉ trong 60 ngày – một bước tiến ấn tượng so với mức thu hồi 15% của phương pháp rửa trôi truyền thống trong cùng khoảng thời gian và hiệu suất trung bình chỉ đạt 40-60%. Đặc biệt, phương pháp này còn giảm tới 95% lượng khí thải amoniac, đồng thời duy trì chất lượng nước ngầm ổn định, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường trong suốt bốn tháng thử nghiệm thực tế.

Nhóm nghiên cứu cũng phát triển các điện cực nhựa tiên tiến giúp giảm thiểu hiện tượng ăn mòn, tăng độ bền và tối ưu hóa hiệu quả khai thác.

Tính khả thi kinh tế và tiềm năng trong tương lai

Dù chi phí sản xuất theo phương pháp EKM cao hơn đôi chút do tiêu thụ nhiều điện năng, nhưng khi tính đến việc giảm đáng kể các hóa chất độc hại và chi phí môi trường, EKM thực sự mang lại ưu thế kinh tế nổi bật. Nhóm nghiên cứu cũng khuyến nghị sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để vận hành, nhằm giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, đưa kỹ thuật này trở thành giải pháp bền vững toàn diện.

Kỹ thuật khai thác điện động lực học mang lại hiệu quả vượt trội, đánh dấu bước tiến quan trọng trong hành trình chuyển đổi sang nền kinh tế ít carbon. Với tiềm năng ứng dụng trên quy mô lớn, phương pháp này không chỉ là giải pháp cho những thách thức hiện tại mà còn đặt nền móng cho một tương lai bền vững hơn, nơi sự phát triển công nghệ và bảo vệ môi trường có thể cùng tồn tại và phát triển hài hòa./.