Nhu cầu về lithium đang tăng vọt với tốc độ chưa từng có. Từ chiếc điện thoại thông minh bạn đang cầm đến hàng triệu chiếc xe điện lăn bánh trên đường, lithium là mạch máu của nền kinh tế năng lượng sạch. Tuy nhiên, cách chúng ta khai thác kim loại quan trọng này vẫn còn bị mắc kẹt trong quá khứ: tốn kém, tốn thời gian, và thải ra hóa chất độc hại.
Nhưng điều đó sắp thay đổi.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice (Mỹ) vừa công bố một công nghệ đột phá có thể chiết xuất lithium từ quặng đá cứng chỉ trong vài giây, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng axit, kiềm và nước. Đây chính là bước nhảy vọt mà chuỗi cung ứng năng lượng tái tạo đang chờ đợi.
FJH: Biến đổi khoáng vật bằng một tia chớp điện
Công nghệ mới được gọi là Flash Joule Heating (FJH), hay “Gia nhiệt Joule Tức thời”. Đây không chỉ là một quy trình mới; nó là một sự can thiệp vật lý học để đạt được hiệu suất hóa học tối đa, làm cho toàn bộ quy trình trở nên tinh gọn và sạch sẽ hơn.
Quy trình truyền thống: Cuộc đua marathon kéo dài hàng tháng
Hãy hình dung quá trình chiết xuất lithium hiện tại:
- Từ nước muối (Brine): Các công ty khai thác bơm nước muối giàu lithium lên các hồ bay hơi khổng lồ ở Chile hoặc Bolivia. Quá trình này dựa vào ánh nắng mặt trời và có thể kéo dài từ 9 đến 24 tháng để cô đặc lithium. Đây là một cuộc đua marathon đòi hỏi sự kiên nhẫn và tiêu tốn một lượng nước khổng lồ.
- Từ quặng đá cứng (Spodumene): Quặng được nung trong các lò lớn ở nhiệt độ cao suốt hàng giờ hoặc thậm chí nhiều ngày, sau đó phải trải qua quá trình ngâm rửa bằng axit mạnh để giải phóng lithium.
Quy trình FJH: Tốc độ của ánh sáng
Ngược lại, FJH là một cuộc chạy nước rút 100 mét diễn ra trong một bước duy nhất:
- Năng lượng Tập trung: Các nhà nghiên cứu sử dụng một xung điện năng lượng cao để làm nóng quặng spodumene lên tới hơn 1600∘C chỉ trong vài mili giây.
- Kích hoạt Tức thời: Sự gia nhiệt cực nhanh và đồng đều này ngay lập tức làm biến đổi cấu trúc tinh thể của khoáng vật α-spodumene (khó chiết xuất) thành β-spodumene (dễ phản ứng).
- Chiết Xuất Siêu Sạch: Cùng lúc đó, khí clo (Cl2) được đưa vào buồng phản ứng. Lithium phản ứng ngay lập tức, bay hơi dưới dạng lithium chloride (LiCl) tinh khiết (đạt 97% độ tinh khiết) và có thể được thu hồi hiệu quả.
So sánh trực quan: truyền thống và FJH
Sự khác biệt về hiệu suất và tính bền vững là rất lớn, như được thể hiện trong bảng so sánh dưới đây:
| Đặc Điểm | Phương Pháp Truyền Thống (Nung Axit/Bay hơi Nước Muối) | Flash Joule Heating (FJH) |
| Thời gian Xử lý | Hàng tuần/tháng (nước muối) hoặc hàng ngày (nung axit). | Vài giây (tức thời). |
| Hóa chất Độc hại | Cần lượng lớn axit (H2SO4) và kiềm để xử lý. | Không cần nước, axit hay kiềm, chỉ dùng khí clo (Cl2). |
| Tiêu thụ Năng lượng | Cao (do nung nóng kéo dài hoặc bơm nước). | Hiệu quả hơn nhờ thời gian gia nhiệt cực ngắn. |
| Tỷ lệ Thu hồi | Khác nhau, thường cần nhiều bước tinh chế. | Đạt 94% lithium chloride tinh khiết. |
| Dấu chân Môi trường | Tạo ra lượng lớn chất thải hóa học và tiêu thụ nhiều nước. | Giảm đáng kể chất thải và tiêu thụ nước. |
Lợi ích toàn diện: Từ môi trường đến kinh tế chiến lược
Với khả năng đạt tỷ lệ thu hồi lithium lên đến 94% gần như tức thời, FJH tạo ra một chuỗi lợi ích mang tính hệ thống:
1. Lợi ích môi trường: Kiến tạo “Lithium xanh”
- Không Nước, Không Axit: Đây là yếu tố thay đổi cuộc chơi lớn nhất. Việc loại bỏ hoàn toàn axit và kiềm giúp giảm đáng kể dấu chân carbon và dấu chân nước của pin xe điện. FJH giúp giảm áp lực lên nguồn nước sạch và giảm thiểu nước thải hóa chất nguy hiểm.
2. Lợi ích kinh tế: Tăng tốc sản xuất và giảm chi phí
- Thời gian xử lý Giảm từ thaˊng xuoˆˊng giaˆy: Sự chênh lệch thời gian tạo ra lợi thế kinh tế khổng lồ. Với chu kỳ sản xuất nhanh hơn, các công ty có thể sản xuất lượng lithium lớn hơn với quy mô nhỏ gọn hơn, dẫn đến chi phí vốn (CAPEX) thấp hơn.
- Cơ hội cho Khai thác Phế thải: Công ty Flash Metals U.S., một công ty khởi nghiệp của phòng thí nghiệm Tour, đang lên kế hoạch áp dụng FJH để chiết xuất kim loại từ chất thải công nghiệp và vật liệu đã qua sử dụng, mở ra một nguồn cung ứng lithium thứ cấp và bền vững.
3. Tác động chiến lược: Phi tập trung hóa chuỗi cung ứng
Hiện tại, việc khai thác lithium tập trung chủ yếu ở một vài khu vực. FJH giúp việc chiết xuất từ quặng spodumene trở nên hiệu quả và tiết kiệm hơn, tạo cơ hội cho các quốc gia có nguồn tài nguyên đá cứng (như Mỹ, Canada, Úc) đẩy mạnh sản xuất nội địa. Điều này sẽ tăng cường an ninh năng lượng và giảm rủi ro chuỗi cung ứng toàn cầu, không còn phụ thuộc quá nhiều vào các khu vực địa lý đơn lẻ.
Tóm lại, công nghệ Flash Joule Heating không chỉ là một giải pháp cho việc chiết xuất lithium; đó là một sự hứa hẹn về một tương lai nơi pin xe điện được sản xuất nhanh hơn, rẻ hơn và đặc biệt là sạch hơn rất nhiều.
