Một số doanh nghiệp Mỹ đã phát hiện và đặt cược nam châm đất hiếm bên trong các turbine hết vòng đời có thể trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp chiến lược.
Nam châm trong turbine gió: Mỏ đất hiếm giữa bãi phế liệu
Tại trang trại điện gió Highland ở hạt O’Brien, bang Iowa, những turbine đang được tháo dỡ là đồ phế thải đối với MidAmerican Energy, công ty sở hữu dự án. Nhưng với Brian Diesselhorst, CEO của doanh nghiệp tái chế Paladin EnviroTech, chúng lại giống như những mỏ khoáng sản có giá trị.
Paladin đang tìm cách trở thành nhà cung cấp kim loại đất hiếm bằng cách thu hồi nguyên liệu từ các thiết bị đã qua sử dụng. Trong nỗ lực giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung Trung Quốc, Mỹ cần đất hiếm cho nhiều lĩnh vực, từ máy bay không người lái (UAV) đến máy chụp cộng hưởng từ (MRI). Paladin và một số doanh nghiệp khác tin rằng cách nhanh nhất để bổ sung nguồn cung là tận dụng những gì đang bị vứt bỏ.
Các nguyên tố đất hiếm như dysprosium và neodymium được sử dụng để chế tạo nam châm trong động cơ điện. Ông Diesselhorst đang tìm kiếm nhiều loại thiết bị hết hạn sử dụng, nhưng turbine gió là mục tiêu ưu tiên.
Máy phát điện bên trong một turbine có thể lớn bằng cả căn phòng; một số mẫu được trang bị những nam châm đất hiếm khổng lồ. Paladin ước tính một số turbine thế hệ mới có thể chứa gần một tấn đất hiếm, với giá trị gần 100.000 USD.
Ngành điện gió Mỹ đang bước vào giai đoạn lão hóa, khi hàng nghìn turbine đến tuổi cần tháo dỡ và tái chế. Tuy nhiên, không phải turbine đời cũ nào cũng chứa đất hiếm. Tại trang trại Highland, tỷ lệ turbine được thay thế có sử dụng loại vật liệu này chỉ vào khoảng 20%.
Tình hình đang thay đổi khi các turbine công suất lớn hơn ngày càng phổ biến và những thiết bị này cũng bắt đầu được thay thế. Điều đó khiến nguồn phế liệu chứa đất hiếm trở nên dồi dào và có giá trị hơn.
“Đó chính là lý do vì sao thời điểm này đặc biệt quan trọng để chúng tôi tham gia thị trường”, Diesselhorst nói. Ông cho biết Paladin tin mình là doanh nghiệp đầu tiên bắt đầu thu hồi đất hiếm từ nguồn turbine gió đã qua sử dụng.
Mỹ muốn thoát khỏi thế phụ thuộc Trung Quốc về đất hiếm
Trong nhiều thập kỷ, Trung Quốc củng cố vị thế thống lĩnh thị trường đất hiếm bằng cách hỗ trợ doanh nghiệp trong nước và cung ứng khối lượng lớn ra thị trường, gây khó khăn cho các đối thủ mới nổi.
Năm ngoái, khi căng thẳng thương mại Mỹ - Trung leo thang, Bắc Kinh sử dụng các biện pháp hạn chế xuất khẩu để phô bày sức mạnh của mình. Động thái này cho thấy mức độ phụ thuộc của các nhà sản xuất phương Tây vào nguồn cung đất hiếm từ Trung Quốc.
Các doanh nghiệp tái chế đang trở thành một mắt xích trong nỗ lực giảm sự phụ thuộc đó. Chính quyền Tổng thống Trump cũng dành hàng tỷ USD hỗ trợ các dự án liên quan đến khoáng sản. Tuy nhiên, những khoản đầu tư này có thể cần nhiều năm mới phát huy hiệu quả.
Trong khi đó, thu hồi đất hiếm từ các thiết bị cũ có thể mở ra một nguồn cung bổ sung mà không phải chờ khai thác và phát triển những mỏ mới. Thách thức là làm sao thu gom đủ nguyên liệu và xử lý chúng với chi phí cạnh tranh.
Tháo dỡ turbine: Công việc nặng nhọc và đầy rủi ro
Thông thường, những turbine cũ được thay thế bằng các mẫu mới có hiệu suất cao hơn. Adam Jablonski, Phó chủ tịch phụ trách phát triển dự án của MidAmerican Energy, cho biết các turbine tại Highland đã hoạt động khoảng 10 năm và về lý thuyết vẫn có thể vận hành thêm 10 năm nữa.
Tuy nhiên, các turbine mới có cánh quạt dài hơn 20%, giúp sản lượng điện của mỗi turbine tăng khoảng 15%. Đây là lợi thế đáng kể trong bối cảnh nhu cầu điện tăng lên, còn việc phát triển các dự án năng lượng mới vừa chậm vừa tốn kém.
MidAmerican Energy, công ty tiện ích thuộc tập đoàn Berkshire Hathaway, đã xây dựng một trong những hệ thống điện gió lớn nhất trong số các doanh nghiệp tiện ích Mỹ nhờ tận dụng nguồn gió và quỹ đất rộng ở vùng Trung Tây. Công ty này sở hữu khoảng 3.700 turbine và đã thay thế gần 1.500 chiếc.
Các đơn vị thu mua kim loại phế liệu trước đây cố gắng thu hồi tối đa vật liệu có thể tái sử dụng. Nhưng trước khi Paladin tham gia, nguồn đất hiếm có trong một số turbine vẫn bị bỏ phí.
Một trở ngại lớn là công đoạn tháo dỡ. Cần cẩu phải tháo cánh quạt và khoang chứa máy phát điện, thường có kích thước tương đương một căn phòng. Sau đó, các bộ phận được cắt bằng kéo thủy lực và thiết bị chuyên dụng khác trước khi đưa lên xe tải hạng nặng.
“Phải xử lý những bộ phận nặng từ xấp xỉ 36 đến 54 tấn, rồi đưa chúng lên xe tải sàn phẳng”, Luke Wray, lãnh đạo Paladin phụ trách nguồn cung đất hiếm và các khoáng sản quan trọng, cho biết.
Công việc thường diễn ra ở những khu vực hẻo lánh. Nếu mặt đất lầy lội, nhiều đất sét hoặc không đủ chắc chắn, cần cẩu có nguy cơ bị lật. Trong một lần tháo dỡ, nhà thầu dùng thuốc nổ để hạ turbine, nhưng phần trục moay-ơ nặng hơn 30 tấn lại lún sâu vào đất sét, buộc đội thi công phải đào bới vất vả mới lấy lên được.
Gió mạnh cũng là mối nguy hiểm: những cơn gió giật có thể gây khó khăn nghiêm trọng khi cần cẩu nâng và di chuyển cánh quạt.
Bài toán công nghệ: Tách đất hiếm với chi phí hợp lý
Ngay cả khi đã tháo được turbine, doanh nghiệp vẫn phải giải quyết một bài toán khó hơn: tách các vật liệu, thu hồi đất hiếm, nghiền nhỏ rồi xử lý thành kim loại có thể dùng để sản xuất nam châm mới.
Paladin đã hợp tác với Critical Materials Recycling, doanh nghiệp đặt tại Boone, bang Iowa. Công ty này đang thương mại hóa một quy trình chiết tách do Phòng thí nghiệm quốc gia Ames phát triển, có khả năng thu hồi gần như toàn bộ các nguyên tố đất hiếm từ rác thải điện tử.
Trước đây, các đơn vị tái chế chủ yếu tập trung vào đồng. Dây điện và nhiều bộ phận khác của turbine chứa hàng tấn đồng; với mức giá khoảng 14.500 USD/tấn, đây là nguồn thu tương đối hấp dẫn.
Đất hiếm khó tách hơn và giá trị thu hồi thường thấp hơn. Vì vậy, chúng thường bị xử lý chung với thép, cuối cùng lẫn vào xỉ luyện kim — một sản phẩm phụ khiến việc thu hồi tiếp trở nên rất khó khăn.
Khó khăn này không chỉ xuất hiện trong ngành điện gió. Trong những năm gần đây, một số doanh nghiệp tái chế pin tại Mỹ gặp khủng hoảng, một phần do thiếu nguyên liệu đầu vào và không thể giảm chi phí vận hành.
Paladin đặt cược vào hàng nghìn turbine gió hết hạn
Diesselhorst kỳ vọng thu gom được đủ số lượng turbine để hoạt động tái chế đạt hiệu quả kinh tế. Paladin dự báo trong năm tới, nam châm từ turbine gió sẽ chiếm khoảng 40% tổng khối lượng vật liệu thu hồi của công ty. Thiết bị MRI và động cơ xe điện mỗi nhóm chiếm khoảng 25%, còn ổ cứng chiếm 10% còn lại. Paladin đã xây dựng nguồn dự án tái chế liên quan đến khoảng 500 turbine trên khắp nước Mỹ.
Trong văn phòng công ty tại Tampa, bang Florida, một tấm áp phích có hình Don Quixote — hiệp sĩ chiến đấu với những chiếc cối xay gió — được treo trên tường. Hình ảnh ấy phần nào phản ánh tham vọng của doanh nghiệp: biến những turbine gió bị loại bỏ thành nguồn nguyên liệu chiến lược, góp phần giúp Mỹ giảm sự lệ thuộc vào đất hiếm Trung Quốc.
Tuy nhiên, triển vọng của mô hình này vẫn phụ thuộc vào khả năng thu gom đủ nguyên liệu, xử lý an toàn các cấu kiện khổng lồ và thu hồi đất hiếm với chi phí đủ thấp để cạnh tranh với nguồn cung truyền thống.
Theo Creaders, WSJ
