Có cả một kho báu chưa ai khai thác trong chiếc điện thoại của bạn

Tháng trước, trong báo cáo môi trường hàng năm, Apple tuyên bố họ thu được hơn 1 tấn vàng, trị giá 40 triệu đô la, trong năm vừa qua từ việc tái chế iphone, ipad và máy tính iMac cũ. Thông tin này đã thu hút được sự quan tâm lớn từ dư luận. Nhưng cũng rất nhiều người cho rằng, nhiều khả năng báo cáo này sai sự thật.

Hiện tại, việc tái chế các thiết bị điện tử để lấy lại các kim loại quý và nguyên tố đất hiếm còn gặp rất nhiều khó khăn, và ít khi được thực hiện.

Việc thu hồi vàng từ các sản phẩm bỏ đi đã được làm từ lâu. Tuy nhiên có một nhóm nguyên tố còn khó tái chế hơn, cực kỳ quan trọng với công nghệ hiện đại, đó chính là đất hiếm. Đất hiếm là tên gọi một nhóm nguyên tố kim loại rất quan trọng, gần như có mặt trong tất cả các thiết bị điện tử, ô tô và công nghiệp. Đất hiếm giúp các thiết bị, sản phẩm của chúng ta hoạt động tốt hơn, lâu hơn, bền hơn, có tuổi thọ cao hơn, chính xác và hiệu quả cao hơn.

Nhưng chúng ta đa số thường vứt những sản phẩm có chứa đất hiếm đi sau khi sử dụng, tại sao lại như vậy?

“Đơn giản đó chỉ là vấn đề về chi phí và lợi nhuận”, đó là phát biểu của ông Alex King, giám đốc trung tâm nghiên cứu vật liệu Hoa Kỳ. Để thu hồi, tận dụng được các nguyên liệu từ những sản phẩm bỏ đi, việc đầu tiên cần làm là phải gom được một lượng rất lớn các sản phẩm đó. Chỉ một việc này thôi, nhưng có khi chi phí lại còn cao hơn giá trị của số nguyên liệu thu được sau khi chế.

Đất hiếm là từ gọi chung của một nhóm gồm 17 nguyên tố hóa học có tính chất gần giống nhau, có rất ít trong vỏ trái đất, phân bố không đồng đều. Đất hiếm đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghệ. Mặc dù tỷ lệ của chúng trong các sản phẩm rất nhỏ, nhưng đất hiếm lại là thành phần đặc biệt quan trọng, không thể thiếu.

Chỉ cần cho thêm một chút Nê-ô-đim (Nd) vào nam châm sẽ giúp nam châm mạnh hơn gấp nhiều lần, nam châm Nê-ô-dim được sử dụng trong đĩa cứng, mi crô, và động cơ ô tô. Một lượng rất nhỏ Đi-xprô-zi (Dy) sẽ giúp cho vật liệu cách nhiệt được tốt hơn. Ơ-rô-pi (Eu) và Téc-bi (Tb) là 2 nguyên liệu không thể thiếu đối với màn hình tivi, giúp tạo nên màu đỏ và màu xanh. Xê-ri (Ce) giúp cho màn hình smartphone bóng đẹp hơn, hoạt động mượt mà hơn.

Đất hiếm mang lại nhiều lợi ích cho con người, tuy nhiên chúng ta cũng phải trả một giá khá đắt cho việc khai thác đất hiếm. Quá trình khai thác sẽ thải ra môi trường một lượng lớn đất đá có chứa nhiều a xít, gây ô nhiễm nguồn nước và có cả rác thải chứa phóng xạ nguy hiểm. Hiện nay, đa số đất hiếm được khai thác tại Trung Quốc, do giá nhân công rẻ và các quy định tương đối lỏng lẻo, không quá khắt khe. Chi phí đền bù ô nhiễm môi trường ở mức chấp nhận được.

Tuy nhiên, nhu cầu đất hiếm trên thế giới ngày càng tăng, sự phụ thuộc vào một nguồn cung duy nhất đó là Trung Quốc làm nhiều người lo lắng, lo ngại sẽ có sự thiếu hụt trong tương lai. Chính vì vậy mà nhiều chính phủ và các công ty công nghệ đang tìm cách tái chế để thu hồi được đất hiếm từ các sản phẩm bỏ đi.

Ông Alex King cho rằng: “Cần có nhận thức đúng đắn về vấn đề này. Ngành công nghiệp điện tử cần có một nguồn cung cấp đất hiếm ổn định, lâu dài. Các hãng sản xuất, công ty cần có thêm trách nhiệm với cộng đồng.”

Nhưng thực tế, vẫn còn có rất nhiều khó khăn, rào cản trong việc tái chế để thu hồi lại đất hiếm. Lấy Nê-ô-đim (Nd) làm ví dụ, Nd thường được sử dụng để làm các loại nam châm có từ tính cao, trong các thiết bị điện tử và trong ngành công nghiệp ô tô. Nhưng với một số thiết bị thông thường, như bộ phận báo rung của điện thoại đi động, chúng chứa một lượng rất nhỏ.

Alex King còn cho biết, tỷ lệ của Nê-ô-đim trong một số sản phẩm như tai nghe, điện thoại di động… rất thấp, thấp ngang với tỷ lệ của Nê-ô-đim ở trong quặng mới khai thác. Trong thực tế, việc khai thác một lượng lớn quặng dễ và thuận lợi hơn nhiều so với việc gom một lượng lớn các sản phẩm bỏ đi”. Theo thống kê, chỉ có 11% điện thoại cũ được tái chế tại Mỹ trong năm 2010.

Bà Sara Behdad, nhà phân tích thiết kế sản phẩm đại học Buffalo nói rằng: “Có một thách thức lớn là không thể thu gom một lượng sản phẩm đủ lớn để cung cấp thường xuyên cho các cơ sở tái chế. Nguồn cung cấp, chất lượng của các thiết bị bỏ đi đều không ổn định”.

Ông Ted Miller, phó giám đốc phát triển kinh doanh eForce Compliance, một công ty chuyên thu gom các sản phẩm điện tử cũ để tái chế, cho rằng sẽ có rất nhiều tấm pin năng lượng mặt trời cũ được bỏ đi trong vòng 10 năm tới. Các tấm pin năng lượng mặt trời có chứa nhiều đất hiếm. Nhưng liệu việc tái chế chúng để thu đất hiếm có khả thi? Việc tái chế lại để lấy đất hiếm rất tổn kém và cần một số lượng lớn các tấm pin năng lượng mặt trời. Miller chưa tìm được đối tác trong việc xử lý để lấy đất hiểm trong các tấm pin này.

Tuy nhiên, vẫn có một số ngành công nghiệp sử dụng một lượng lớn đất hiếm trong sản phẩm như tua bin phát điện chạy bằng gió, cần những thỏi nam châm Nê-ô-dim nặng đến hàng tấn. Một nhà mày phong điện lại có rất nhiều tua bin như vậy

Trong hoàn cảnh này, việc tái chế lại gặp một khó khăn khác, tuy có nhiều tua bin phong điện, nhưng các tua bin lại có tuổi thọ rất cao lên đến hàng chục năm, phải đợi hàng chục năm nữa mới có nguồn rác thải này. Một nghiên cứu ở Mỹ năm 2013 ước tính rằng, đến năm 2030, nước Mỹ có thể tái chế được đến 1000 tấn Nê-ô-dim từ các tua bin phong điện. Nhưng số lượng đó chỉ đủ cung cấp được 10% nhu cầu đất hiếm trong các ngành công nghiệp ở Mỹ.

Tiến sĩ Benjamin Sprecher, chuyên gia nghiên cứu về đất hiếm tại đại học Yale, cho rằng nếu Hoa Kỳ muốn phát triển các nguồn năng lượng bền vững như phong điện, thì sẽ cần càng nhiều đất hiếm. Do các tua bin gió có tuổi thọ rất cao, nên việc tái chế sẽ gặp nhiều khó khăn, chỉ cung cấp được một lượng nhỏ so với nhu cầu.

Tuy gặp nhiều khó khăn như vậy nhưng việc tái chế các sản phẩm để thu hồi đất hiếm không phải là không thể làm được. Việc tái chế xê-ri ô xít, một loại đất hiếm dùng để làm bột dùng để đánh bóng, là một thí dụ điển hình về việc tái chế một cách hiệu quả, tiết kiệm.

Hàng thập kỷ trước, xê-ri ô xít được chế tạo thành một hỗn hợp sệt để dùng trong việc đánh bóng kính mắt và lớp silicon phủ của các sản phẩm. Nhưng gần đây, việc sử dụng bột xê-ri ô xít để đánh bóng đã có một hiệu quả rất lớn, dễ dàng hơn trong quá trình tái chế. Đầu những năm 2000, các nhà hóa học đã tách được xê-ri ô xít nguyên chất từ hỗn hợp với ô xít si-lích và ô xít nhôm tạo ra trong quá trình đánh bóng. Sau đỉnh điểm năm 2010 về sự thiết hụt đất hiếm toàn cầu, ngày có càng nhiều xê-ri ô xít được tái chế.

Ông Alex King cũng cho biết: “Hiện nay, xê-ri ô xít sau khi sử dụng được thu gom, phân loại rất cần thận rồi tái chế. Viện nghiên cứu vật liệu Hoa Kỳ đã tái chế được một số lượng rất lớn xê-ri ô xít, vì nó đơn giản, và dễ thực hiện.”

Việc tái chế được xê-ri ô xít là bước ngoặt lớn đáng chú ý, vì trong các sản phẩm, các loại đất hiếm thường bị lẫn với nhiều chất khác nhau. Tuy nhiên nếu có phương pháp phân tích hóa học thích hợp, việc tái chế các loại đất hiếm sẽ dễ dàng hơn.

Đây chính là điều mà các nhà khoa học đang cố gắng thực hiện. Eric Schelter, một nhà hóa học chuyên nghiên cứu về kim loại tại đại học Pennsylvania, đang phát triển một kỹ thuật đơn giản, rẻ tiền để tách được riêng Nê-ô-dim và Đi-xprô-zi, 2 nguyên tố này thường được dùng trong nam châm vĩnh cửu.

Phòng nghiên cứu của Schelter đã tạo ra một loại phân tử hữu cơ có gốc kết hợp, chất này sẽ gắn với Nê-ô-dim và Đi-xprô-zi, rồi có thể tách được 2 loại đất hiếm này trong vòng vài phút nhờ phương pháp lọc. Trong điều kiện thực nghiệm, có thể tách được hai loại đát hiếm này ra khỏi các hỗn hợp với độ tinh khiết rất cao lên đến 95%, có thể dùng được ngay trong việc sản xuất nam châm. Nhóm của Schelter đang áp dụng phương pháp này để tách các loại đất hiếm khác trong hỗn hợp, kể cả đất hiếm ở các loại bóng đèn compact.

Tuy nhiên để áp dụng những thí nghiệm của Schelter vào thực tế sản xuất, làm với số số lượng lớn không hề đơn giản. Chính Schelter cũng thừa nhận, về mặt lý thuyết thì rất đơn giản, nhưng thực sự rất khó để lấy tách được đất hiếm tinh khiết ra khỏi hỗn hợp.

Hy vọng rằng, với thời gian, các thí nghiệm này có thể áp dụng được vào sản xuất công nghiệp với quy mô lớn, tuy nhiên cũng có một hệ thống thu gom các loại rác thải một cách hiệu quả. Viện nghiên cứu vật liệu Hoa Kỳ đang tiến hành việc tái chế đất hiếm từ một nguồn rất lớn, đó chính là ổ cứng máy tính.

Ổ đĩa cứng có nhiều ưu điểm hơn các sản phẩm khác khi tái chế. Các ổ cứng thường có kích thước, hình dạng khá giống nhau, dễ tháo rời các bộ phận.

Ông Alex King cũng cho biết, những công ty công nghệ lớn, như Google, Facebook, phải có nhiều trung tâm lưu trữ dữ liệu rất lớn, mỗi trung tâm như vậy lại có một số lượng ổ cứng khổng lồ. Hàng năm những trung tâm lưu trữ này bỏ đi hàng trăm ngàn ổ đĩa cứng.

Trung tâm nghiên cứu vật liệu Hoa Kỳ đang làm việc với các đối tác trong việc thu gom các loại rác điện tử. Trong vài năm nữa, King hy vọng các trung tâm lưu trữ thông tin sẽ là nguồn cung cấp đất hiếm lớn cho trung tâm để tái chế.

Để việc tái chế thu hồi đất hiếm hiệu quả, cần một chính sách hiệu quả ban hành từ chính phủ. Ngoài ra, các công ty công nghệ cần có trách nhiệm hơn trong việc thải bỏ các loại rác thải điện tử sau khi sử dụng.

Bà Marion Emmert, một nhà hóa học tại viện nghiên cứu Worcester, cho rằng chính phủ Hoa Kỳ cần có các quy định cụ thể về nguồn gốc vật liệu, yêu cầu các công ty phải sử dụng sản phẩm tái chế, yêu cầu các sản phẩm thiết kế phải dễ dàng tháo rời để dễ xử lý. Bà Marion cũng nhận xét rằng Nhật Bản là một nước tái chế rác điện tử rất hiệu quả. Do Nhật Bản là đất nước ít tài nguyên, việc tái chế và tái sử dụng các thiết bị điện tử được thực hiện rất thường xuyên.

Bà Marion cũng nói “Các quy định khắt khe của Nhật Bản nhằm hướng tới sự phát triển ổn định, bền vững. Không phải tự nhiên mà quy trình tái chế pin Niken Hydrua lại xuất hiện lần đầu tiên tại Nhật Bản".

Tuy nhu cầu đất hiếm với công nghiệp ngày càng tăng, đương nhiên con người cần khai thác thêm, cần tìm thêm nhiều mỏ đất hiếm để tăng sản lượng. Việc tìm kiếm thêm đất hiếm có thể thúc đẩy một hướng nghiên cứu mới như chiết xuất từ nước biển, hay thậm chí khai thác từ các thiên thạch gần trái đất. Tuy nhiên việc tái chế cũng cần phải trở thành một phần của giải pháp trong sự thiếu hụt đất hiếm trong sản xuất.

Ông Schelter nhận định, khoa học kỹ thuật rồi sẽ làm được những việc đó. Nhưng vấn đề là liệu có khả thi về mặt kinh tế, để khai thác đất hiếm từ các nguồn khác để đưa vào dây chuyền sản xuất?

Apple vừa giới thiệu một loại robot chuyên dùng để tháo rời iPhone, dùng để tái chế vàng từ các iPhone cũ, tuy nhiên đó cũng có thể chỉ là một cách thức PR của công ty mà thôi. Nhưng đó cũng là dấu hiệu cho thấy, các ngành công nghiệp hiện đại đã thấy được sự khan hiếm của các nguồn tài nguyên trên trái đất trong tương lai. Nếu chúng ta dùng tài năng, công sức của mình đầu tư vào việc thu gom rác thải, tìm cách tái chế, chúng ta sẽ có một tương lai phát triển bền vững.