Nguồn cung khoáng sản quan trọng trong cách mạng năng lượng sạch: thách thức và triển vọng

Nhiều công nghệ năng lượng sạch dựa vào các khoáng sản quan trọng như đồng, lithium, nickel, cobalt và các nguyên tố đất hiếm. Một trong những ứng dụng chính của các khoáng chất quan trọng này là sản xuất nam châm vĩnh cửu cho động cơ (như trong xe điện và tuabin gió, máy phát điện), lĩnh vực có nhu cầu dự kiến sẽ tăng nhanh hơn bất kỳ lĩnh vực nào khác, được thúc đẩy bởi sự áp dụng mạnh mẽ của các công nghệ năng lượng sạch.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), một chiếc ô tô điện điển hình cần lượng khoáng sản đầu vào cao gấp 6 lần so với một chiếc ô tô thông thường, trong khi một nhà máy điện gió trên đất liền đòi hỏi lượng khoáng sản lớn gấp 9 lần so với một nhà máy chạy bằng khí đốt với cùng một công suất. Ngoài ra, trong “Kịch bản phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050”, IEA ước tính rằng đầu vào khoáng sản để sản xuất cơ sở hạ tầng liên quan đến năng lượng và thiết bị sử dụng cuối sẽ cao hơn tới 6 lần vào năm 2040 so với hiện nay. Lấy ví dụ, nam châm vĩnh cửu đất hiếm cũng được sử dụng trong thiết bị công nghệ thông tin (ví dụ: máy tính xách tay, điện thoại di động và máy ảnh) và thiết bị chụp cộng hưởng y tế. Chúng cũng rất quan trọng đối với vũ khí hiện đại, bao gồm máy bay chiến đấu, máy bay không người lái và hệ thống tên lửa dẫn đường.

Nhiều sự quan tâm chính sách tập trung vào các nguyên tố đất hiếm, do tầm quan trọng và sự tập trung về mặt địa lý trong quá trình sản xuất và chế biến của chúng. Mặc dù đất hiếm có nhiều trong lớp vỏ Trái đất, nhưng hàm lượng có thể khai thác được ít hơn so với hầu hết các mặt hàng khoáng sản khác. Do những tác động đến môi trường nên nhiều mỏ khai thác và cơ sở tinh chế đã đóng cửa trong những thập kỷ gần đây. Trung Quốc chiếm khoảng 60% lượng đất hiếm được khai thác vào năm 2021, giảm nhiều so với những năm trước đó. Tuy nhiên, việc chế biến các khoáng sản quan trọng thường tập trung hơn so với việc khai thác và Trung Quốc chiếm ưu thế lớn trong sản xuất ở mọi giai đoạn của chuỗi cung ứng ở hạ nguồn khai thác trong cả pin xe điện và quang điện. Đây là kết quả của các chính sách hỗ trợ sự phát triển chuỗi cung ứng nội địa tích hợp theo chiều dọc như là một ngành công nghiệp chiến lược. Nó phản ánh thị phần ngày càng tăng của Trung Quốc trong các hệ sinh thái công nghiệp hạ nguồn chính, nơi tiêu thụ 70-75% nguồn cung đất hiếm toàn cầu.

Lệnh cấm vận của Trung Quốc đối với xuất khẩu đất hiếm sang Nhật Bản trong năm 2010-2011 đã làm dấy lên mối lo ngại về nguồn cung sản phẩm này, tuy nhiên việc phân tách và tinh chế oxit đất hiếm vẫn tiếp tục được thực hiện chủ yếu ở Trung Quốc. Các công ty khai thác và chế biến đất hiếm chính của Trung Quốc đều thuộc sở hữu nhà nước và được trợ cấp thông qua các biện pháp chính sách trực tiếp và gián tiếp. Ngoài các nguyên tố đất hiếm, cuộc xung đột của Nga ở Ukraine đã làm tăng thêm mối lo ngại về việc cung cấp các khoáng chất quan trọng khác cho công nghệ xanh. Hiện nay, Nga chiếm 1/4 lượng xuất khẩu palladium trên toàn thế giới và Ukraine chiếm 1/3 lượng xuất khẩu nickel toàn cầu. Ukraine cũng là nước xuất khẩu lớn khí neon, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất thép sử dụng trong kỹ thuật in thạch bản bán dẫn. Những mối quan tâm này đã khuyến khích đầu tư vào các nguồn cung cấp mới để tăng cường tính đa dạng và khả năng phục hồi của chuỗi cung ứng năng lượng sạch. Trong đó, một số dự án mới đã được triển khai bên ngoài Trung Quốc và khoảng 20 dự án hiện đang được phát triển ở Úc, Canada và Hoa Kỳ.

Tuy nhiên, suốt thời gian dài đưa hoạt động sản xuất khoáng sản mới vào hoạt động, cũng như các tác động xã hội và môi trường khác nhau, tất cả đều gây nên những lo ngại về tính ổn định và bền vững của các nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng. Không một quốc gia đơn lẻ nào có thể giải quyết những vấn đề này một mình. Việc tăng cường hợp tác quốc tế, kết hợp thị trường mở, quan hệ đối tác chiến lược và đa dạng nguồn cung, sẽ rất cần thiết để có thể đảm bảo an ninh, khả năng phục hồi và tính bền vững của các khoáng sản quan trọng.

Theo những hướng này, Hoa Kỳ và các quốc gia đối tác chiến lược chính đã công bố thiết lập Hiệp định Đối tác An ninh Khoáng sản (MSP), một sáng kiến mới đầy tham vọng nhằm củng cố chuỗi cung ứng khoáng sản quan trọng và để đảm bảo rằng các khoáng sản quan trọng được sản xuất, xử lý và tái chế trong một môi trường thuận lợi theo khả năng hỗ trợ của các quốc gia nhận ra lợi ích phát triển kinh tế đầy đủ từ các nguồn tài nguyên địa chất của họ.

Các nguồn cung cấp khoáng sản quan trọng mới cũng có thể được được mở ra nhờ vào đổi mới trong công nghệ sản xuất và chế biến (ví dụ: các công nghệ mới nổi như khai thác lithium trực tiếp hoặc tăng cường thu hồi kim loại từ quặng cấp thấp hoặc dòng chất thải), điều này sẽ giúp giảm nhu cầu về khoáng sản sơ cấp mới. Các công nghệ sử dụng năng lượng hoặc nước thấp hơn cũng có thể mang lại lợi ích về môi trường và vận hành.

Lỗ hổng về nguồn cung cũng có thể giảm bớt khi chuyển sang các công nghệ xanh khác hoặc dùng các chất thay thế khoáng sản quan trọng, mặc dù những công nghệ này nhìn chung kém hiệu quả hơn. Do đó, đổi mới sáng tạok là chìa khóa để làm cho các công nghệ xanh ít sử dụng vật liệu hơn và các vật liệu quan trọng của chúng dễ dàng tái chế hơn.

Các nghiên cứu hiện nay đang thúc đẩy tiến độ giảm tiêu thụ đất hiếm trong ngành công nghiệp ô tô và trong các máy phát điện tua-bin gió, trong khi các nam châm vĩnh cửu không chứa đất hiếm có khả năng cạnh tranh về hiệu suất vẫn còn là một chặng đường dài phía trước.

Các công nghệ natri-ion mới nổi dựa vào các khoáng chất dồi dào và rẻ tiền, và các loại pin thể rắn có thể dẫn đến một bước cải tiến về hiệu suất. Đối với quang điện mặt trời, các công nghệ màng mỏng không silicon hữu cơ hứa hẹn hiệu suất cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn, mặc dù chúng vẫn đang ở giai đoạn nguyên mẫu. Đối với việc tái chế, đất hiếm hiện được thu hồi với số lượng hạn chế từ pin, nam châm vĩnh cửu và đèn huỳnh quang. Tuy nhiên, chỉ có 1% các nguyên tố đất hiếm hiện được tái chế ở Châu Âu (tỷ lệ có khả năng tương tự trên toàn cầu), cho thấy sự cần thiết phải tăng cường mạnh mẽ các hệ thống và cơ sở hạ tầng tái chế.

Điều này có thể sẽ cần sự hỗ trợ của chính phủ để khuyến khích tái chế các sản phẩm đã hết hạn sử dụng, hỗ trợ các hoạt động thu gom và phân loại, đồng thời tài trợ cho hoạt động NC&PT về các công nghệ tái chế mới. Đây là một thách thức mang tính hệ thống đòi hỏi nhiều hình thức hợp tác khác nhau, cả liên chính phủ và quốc tế. Theo hướng này, cả EU và Hoa Kỳ đã đưa ra nhiều sáng kiến chính sách khác nhau trong những năm gần đây để giải quyết các lỗ hổng trong chuỗi cung ứng khoáng sản quan trọng. Ủy ban Châu Âu đã phát triển Kế hoạch Hành động về Nguyên liệu thô quan trọng và thành lập Liên minh Nguyên liệu thô Châu Âu (ERMA) năm 2020. Chính quyền Biden đã công bố Sáng kiến Vật liệu Pin của Hoa Kỳ vào tháng 10 năm 2022 nhằm điều chỉnh và sử dụng các nguồn lực liên bang nhằm mở rộng chuỗi cung ứng pin từ đầu đến cuối.

Cuối cùng, cần thiết của sự hợp tác quốc tế và các sáng kiến chính sách để giải quyết những thách thức liên quan đến nguồn cung khoáng sản quan trọng. Điều này đặt ra một thách thức hệ thống và yêu cầu sự hợp tác rộng rãi từ cả phía chính phủ và cộng đồng quốc tế để đảm bảo an ninh và tính bền vững trong ngành công nghiệp ngày càng quan trọng này.

P.A.T (NASATI), theo OECD Science, Technology and Innovation Outlook 2023