Phát minh đột phá của Mỹ có thể khiến "gã khổng lồ đất hiếm" dè chừng

Trong bối cảnh nhu cầu nguyên tố đất hiếm (REE) tăng vọt cho các công nghệ xanh như xe điện, turbine gió và thiết bị điện tử, Mỹ vừa có một phát minh đột phá.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ), dẫn đầu bởi giáo sư James Tour và Shichen Xu, đã phát triển phương pháp Flash Joule Heating (FJH) để thu hồi REE từ rác thải điện tử.

Đúng như cái tên của mình - Kỹ thuật gia nhiệt Joule chớp nhoáng (FJH) - có thể thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ nam châm bị loại bỏ chỉ trong... một bước.

Quy trình tái chế đất hiếm thông thường tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra chất thải độc hại nhưng với phương pháp đột phá FJH có thể tăng nhanh nhiệt độ vật liệu lên hàng nghìn độ trong vòng vài mili giây, kết hợp cùng khí clo để chiết xuất đất hiếm từ chất thải nam châm trong vài giây mà không cần nước hay axit.

"Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ rác thải điện tử chỉ trong vài giây với tác động môi trường tối thiểu. Đây là bước tiến vượt bậc mà chúng ta cần để đảm bảo một chuỗi cung ứng tuần hoàn và bền vững" - Giáo sư James Tour cho biết.

Phương pháp này được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vào ngày 29/9/2025, hứa hẹn góp phần thay đổi chuỗi cung ứng đất hiếm toàn cầu; đồng thời hỗ trợ nỗ lực của Mỹ nhằm tăng cường nguồn cung khoáng sản chiến lược trong nước.

"Tái chế đất hiếm có thể đánh bại khai thác và suy yếu thị trường Trung Quốc"

Đây là tựa đề bài viết năm 2024 của Forbes.

Trung Quốc là quốc gia nắm trữ lượng đất hiếm (44 triệu tấn) và sản xuất đất hiếm lớn nhất thế giới (tính đến năm 2024, 270.000 tấn).

Forbes cho biết, đất hiếm rất phổ biến, nhưng chúng bị pha loãng trong quặng. Chúng phải được tách và tinh chế trước khi được biến thành kim loại. Hiện nay, Trung Quốc khai thác 63% khoáng sản đất hiếm. Hơn nữa, nước này vẫn kiểm soát 85% quy trình chế biến - nỗ lực tách 17 loại khoáng sản này khỏi đá đất hiếm.

Do đó, phát minh FJH không chỉ giải quyết vấn đề rác thải điện tử, giảm phụ thuộc vào khai thác mỏ đất hiếm mà còn giảm phụ thuộc vào đất hiếm từ Trung Quốc.

Statista năm 2025 cho biết, Mỹ phụ thuộc rất nhiều vào việc nhập khẩu đất hiếm từ Trung Quốc, chiếm 70% lượng đất hiếm nhập khẩu của Mỹ từ năm 2020 đến năm 2023. Malaysia, Nhật Bản và Estonia là ba nhà cung cấp chính còn lại của Mỹ.

Mỹ có thể sẽ không bao giờ vượt qua được Trung Quốc về trữ lượng đất hiếm. Tuy nhiên, Mỹ có thể một mặt mở rộng danh sách các nhà cung cấp nguyên tố đất hiếm, mặt khác tái chế đất hiếm một cách hiệu quả để giải quyết bài toán phụ thuộc đất hiếm Trung Quốc.

Hướng tới nền kinh tế đất hiếm tuần hoàn

Không giống các phương pháp truyền thống, FJH khai thác sự khác biệt về năng lượng tự do Gibbs và điểm sôi để loại bỏ các nguyên tố không phải REE như sắt và coban dưới dạng clorua bay hơi, để lại oxit REE tinh khiết.

Quá trình diễn ra chỉ trong vài giây, đạt độ tinh khiết và năng suất trên 90%, mà không cần nước hay axit – những yếu tố gây ô nhiễm lớn trong phương pháp thủy luyện kim thông thường.

FJH giảm 87% năng lượng tiêu thụ, 84% khí thải nhà kính và 54% chi phí vận hành so với phương pháp thủy luyện kim. Nó loại bỏ hoàn toàn chất thải độc hại, hỗ trợ nỗ lực của Mỹ trong việc tăng cường nguồn cung nội địa.

Các nhà nghiên cứu Mỹ cho biết những kết quả này cho thấy đây không chỉ là một bài tập học thuật mà là một con đường công nghiệp khả thi. "Đây là bước nhảy vọt để đảm bảo chuỗi cung ứng bền vững và tuần hoàn" - Giáo sư Tour nhấn mạnh.

Tài sản trí tuệ của Đại học Rice đã được cấp phép cho Flash Metals USA - một công ty khởi nghiệp tại Quận Chambers, Texas (Mỹ) và sẽ được triển khai rộng rãi vào quý đầu tiên của năm 2026, với sự hỗ trợ từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến, Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân và Quân đoàn Công binh Mỹ.

Nguyên tố đất hiếm gồm 15 nguyên tố thuộc họ lanthanide cộng với Yttri và Scandi (tổng gồm 17 nguyên tố). REE còn được gọi là các nguyên tố xanh vì chúng được sử dụng trong việc phát triển các công nghệ thân thiện với môi trường.