Thế giới đang không khai thác đủ đất hiếm để năng lượng tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch

Một nghiên cứu khoa học do Bộ Cơ sở hạ tầng Hà Lan hỗ trợ đã đưa ra lời cảnh báo về một trở lực căn bản đang đến với ngành công nghiệp năng lượng tái tạo trên toàn cầu: sự thiếu hụt về nguồn cung kim loại hiếm.

Để đáp ứng các mục tiêu về giảm phát thải khí nhà kính theo Thỏa thuận Paris, việc sản xuất năng lượng tái tạo phải mở rộng với tốc độ nhanh. Điều này có nghĩa là khả năng sản xuất trên toàn cầu đối với hàng loạt các nguyên tố đất hiếm sử dụng trong tấm pin mặt trời và turbin gió – đặc biệt là neodymium, Terbium, Indium, Dysprosium, và Praseodymium – phải tăng gấp 12 lần vào năm 2050.

Nhu cầu nguyên vật liệu cho các nguồn năng lượng tái tạo đang tăng đột biến.

Nhưng theo một nghiên cứu mới do công ty hệ thống năng lượng Hà Lan Metabolic thực hiện, "khả năng cung ứng trên toàn cầu đối với hàng loạt kim loại quan trọng không đủ để chuyển đổi sang một hệ thống năng lượng tái tạo."

Nghiên cứu tập trung vào nhu cầu về kim loại hiếm tại Hà Lan và suy rộng điều này ra bức tranh về xu hướng trên toàn cầu.

Thiếu hụt nguồn cung từ hoạt động khai thác kim loại hiếm

"Nếu phần còn lại của thế giới đều phát triển công suất điện tái tạo với nhịp độ tương tự như Hà Lan, một sự thiếu hụt đáng kể sẽ xuất hiện." Nghiên cứu cho biết. Mức sử dụng này còn chưa bao gồm các ứng dụng khác của kim loại đất hiếm trong các ngành công nghiệp điện tử (ví dụ, kim loại đất hiếm đang được sử dụng rộng rãi trong smartphone). "Khi các ứng dụng khác (ví dụ như xe điện) cũng được tính đến, lượng kim loại cần thiết sẽ vượt xa hơn nữa."

Đồ thị dự báo nhu cầu các loại kim loại hiếm dành cho điện gió và pin mặt trời trong các năm tới (2020, 2030, 2040 và 2050) so với mức sản xuất của năm 2017 (đường nét đứt).

Nhu cầu đối với kim loại hiếm đã tăng vọt trên toàn cầu nhưng nguyên nhân không chỉ do năng lượng tái tạo. Tác động lớn nhất lại đến từ "các thiết bị điện tử tiêu dùng, các ứng dụng quân sự và các thiết bị kỹ thuật khác trong các ứng dụng công nghiệp. Gia tăng dân số của tầng lớp trung lưu toàn cầu từ 1 tỷ người lên 3 tỷ người càng tăng tốc nhanh hơn đà tăng trưởng này."

Nhưng nghiên cứu không tính đến các ngành công nghiệp khác. Điều này có nghĩa vấn đề thực sự có thể còn khó khăn hơn nhiều. Năm 2017, một nghiên cứu trên trang Nature nhận ra, hàng loạt các nguyên tố thiết yếu cho smartphone, laptop, xe điện và thậm chí cả dây đồng có thể sẽ đối mặt với việc thiếu hụt nguồn cung trong những thập kỷ tới.

Một thách thức khác là việc khai thác kim loại hiếm tập trung phần lớn ở một vài quốc gia: đặc biệt là Trung Quốc, vốn thống trị 80% lượng khai thác và gần 95% sản lượng tái chế. Cho dù cả Úc và Thổ Nhĩ Kỳ đều là các nhà sản xuất quan trọng đối với một số kim loại cụ thể (ví dụ như neodymium và boron), trong khi châu Âu và Mỹ đều phụ thuộc hoàn toàn vào Trung Quốc, quốc gia đang có vị thế kiểm soát nguồn cung toàn cầu – một vị thế dễ dẫn đến lạm dụng.

Một trong những mỏ khai thác đất hiếm lớn nhất thế giới ở Mông Cổ.

"Sẽ đến một thời điểm nào đó khi họ ưu tiên cho việc sản xuất năng lượng tái tạo của mình hơn người khác – họ sẽ tận dụng vị thế chiến lược này để thu hút mọi chuyên môn công nghệ và dữ liệu quanh điều này." Người đứng đầu nghiên cứu, Pieter van Exter cho biết trong tuyên bố của mình.

Tin tốt là ít nhất trữ lượng quặng được phát hiện vẫn khá dồi dào cho việc chuyển sang năng lượng tái tạo. Thách thức chủ yếu là thời gian triển khai. Nó đòi hỏi một nguồn vốn đầu tư khổng lồ và mất khoảng 10 đến 20 năm để mở một mỏ mới.

Giải pháp cho việc thiết hụt nguồn cung

Một giải pháp cho điều này là tìm những sự thay thế khả thi cho các kim loại hiếm. Điều này đã đạt được một số tiến bộ hứa hẹn, nhưng nó cũng có thể chuyển gánh nặng nguồn cung sang các loại kim loại khác.

Dự báo nhu cầu của một số kim loại quan trọng đối với mỗi lĩnh vực điện tái tạo và một số quốc gia đến năm 2030.

Một giải pháp khác cho châu Âu và những nước khác là hồi sinh ngành công nghiệp khai mỏ nội địa bằng các công nghệ mới để giảm năng lượng và nguồn nước tiêu thụ của họ. Điều này vẫn sẽ rất tốn kém – và trữ lượng quặng nội địa của họ không đủ dồi dào so với các đối thủ như Trung Quốc.

Chìa khóa của vấn đề là "nền kinh tế quay vòng" – giải pháp về cách tiếp cận tái tạo để tối thiểu hóa nguồn tài nguyên đầu vào và lãng phí bằng cách thực hiện các nguyên tắc và phương pháp về thiết kế, duy tu, sửa chữa và tái sử dụng. Theo nhà sáng lập Metabolic, Eva Gladek: "Điều cốt yếu là chúng ta phải quản lý các nguyên liệu theo chu trình quay vòng để đảm bảo rằng chúng ta sẽ có đủ để dành cho các công nghệ quan trọng của tương lai Carbon thấp."

Tuy nhiên hiện tại tốc độ tái chế các kim loại quan trọng đang ở dưới mức 1%, và một số kim loại đất hiếm không thể tái chế được. Nếu tình trạng này tiếp diễn, các nút thắt quan trọng về nguồn cung sẽ không thể tránh khỏi:

"Trừ khi chiến lược quay vòng được thực hiện ngay, nếu không cả ngành công nghiệp sẽ vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào việc khai thác các nguồn cung vật liệu thô. Để việc tái chế có thể thống trị nguồn cung nguyên vật liệu thô, tỷ lệ tái chế cần phải rất cao." Công ty cho biết.

Để thành công, ngành năng lượng tái tạo cần đi theo hướng nền kinh tế quay vòng. Nếu không, "điều này có thể dẫn đến trì hoãn đáng kể việc chuyển đổi năng lượng – một bước đột phá mà ta không thể chi trả trong cuộc đua với biến đổi khí hậu."

Tham khảo Motherboard