Nếu được chấp thuận, dự án Butte sẽ thúc đẩy nỗ lực của Tổng thống Donald Trump nhằm tăng sản lượng 17 nguyên tố đất hiếm của Mỹ. Các nguyên tố này đều có trong hồ Berkeley - nơi chứa khoảng 190 tỷ lít nước thải có tính axit và giàu kim loại từ hoạt động khai thác đồng trong quá khứ, theo New York Times.
Bộ Quốc phòng Mỹ đang cân nhắc khoản tài trợ 75 triệu USD để xây dựng một nhà máy cô đặc - bước cuối cùng cần thiết giúp tinh chế đất hiếm từ nước mỏ thải có tính axit và đưa vào sản xuất quy mô lớn, Interesting Engineering hôm 13/5 đưa tin.
Hồ Berkeley ở Butte, bang Montana, Mỹ. Ảnh: iStock
Dù không quá khan hiếm, đất hiếm thường phân bố rải rác thay vì tập trung, khiến việc khai thác trở nên khó khăn và tốn kém. Năm 2024, Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) ước tính có 110 triệu tấn quặng trên thế giới, bao gồm 44 triệu ở Trung Quốc - nhà sản xuất đất hiếm lớn nhất thế giới hiện nay. Năm ngoái, xuất khẩu đất hiếm của Trung Quốc đạt 55.431,1 tấn.
Với chỉ một mỏ đất hiếm hoạt động tại Mountain Pass, California, Mỹ đang chật vật cạnh tranh với Trung Quốc. Các chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế (CSIS) của Mỹ cảnh báo, khoảng cách về nguồn cung đất hiếm mang lại cho Trung Quốc lợi thế quan trọng để tăng cường năng lực quốc phòng.
Tuy nhiên, tiến bộ công nghệ cho phép khai thác đất hiếm từ nước thải có thể giúp thay đổi tình hình. Nước thải độc hại trong hồ Berkeley chứa các nguyên tố đất hiếm giá trị cao như neodymium và praseodymium, thiết yếu trong việc chế tạo nam châm mạnh dùng trong smartphone, xe điện, vệ tinh và tên lửa dẫn đường chính xác. Ví dụ, một chiếc tiêm kích F-35 chứa 400 kg đất hiếm. Các nhà nghiên cứu ước tính, hồ Berkeley có thể cung cấp tới 40 tấn đất hiếm mỗi năm nếu khai thác thành công.
Công nghệ đột phá đằng sau dự án Butte đến từ Paul Ziemkiewicz, nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Virginia. Nhóm của ông hợp tác với công ty kỹ thuật hóa học L3 Process Development cùng phát triển một phương pháp chiết xuất khoáng sản quan trọng từ nước thải có tính axit của mỏ. Được triển khai lần đầu tại các mỏ than, phương pháp này cho thấy tiềm năng đáng kể nếu áp dụng tại hồ Berkeley giàu khoáng sản và lớn hơn nhiều.
"Một trong những điều tuyệt vời về nước thải axit từ mỏ là chất cô đặc mà chúng tôi thu được rất giàu đất hiếm nặng. Những loại nhẹ thì không giá trị bằng", Ziemkiewicz, người đã nghiên cứu hồ Berkeley 25 năm, cho biết.
Phương pháp của ông đơn giản nhưng có thể mở rộng quy mô để biến nước ô nhiễm thành tài nguyên. Đầu tiên, những túi nhựa lớn, dệt khít, được đổ đầy bùn lọc từ nước thải. Khi nước từ từ chảy ra, phần còn lại là hỗn hợp gần cô đặc chứa khoảng 1-2% đất hiếm.
Hỗn hợp sau đó được xử lý hóa học để tách các nguyên tố có giá trị. Bước cuối cùng trong quy trình được cấp bằng sáng chế này là chiết xuất dung môi - một kỹ thuật tách và tinh lọc từng kim loại đất hiếm, tạo ra vật liệu cao cấp cần thiết cho các công nghệ tiên tiến.
Nếu mở rộng đến những địa điểm khác, Ziemkiewicz tin rằng phương pháp mới có thể cung cấp gần như toàn bộ đất hiếm mà Mỹ đang nhập khẩu cho quốc phòng - khoảng 1.400 tấn mỗi năm. Với nhu cầu dự kiến tăng vọt đến 600% trong vài thập kỷ tới, nguồn đất hiếm trong nước đóng vai trò trọng yếu giúp Mỹ giảm phụ thuộc vào Trung Quốc.
Thu Thảo (Tổng hợp)
