Nghiên cứu cho thấy có một lượng lớn các nguyên tố đất hiếm ẩn bên trong chất thải tro than
của Đại học Texas tại Austin
Một bãi chôn lấp tro than ở Shrewsbury, Massachusetts. Nghiên cứu gần đây của Đại học Texas tại Austin đã thống kê các nguyên tố đất hiếm tiềm năng có thể được chiết xuất từ tro than trên khắp cả nước. Nguồn: Bộ Bảo vệ Môi trường Massachusetts.
Tro than—phần than còn sót lại màu phấn đã được đốt để làm nhiên liệu—đã tích tụ trên khắp Hoa Kỳ trong nhiều thập kỷ. Nhưng nghiên cứu mới do Đại học Texas tại Austin dẫn đầu đã phát hiện ra rằng nguồn cung tro than quốc gia chứa đủ các nguyên tố đất hiếm để tăng đáng kể nguồn cung quốc gia mà không cần bất kỳ hoạt động khai thác mới nào.
Đồng tác giả Bridget Scanlon, giáo sư nghiên cứu tại Cục Địa chất Kinh tế của UT tại Trường Khoa học Trái đất Jackson, cho biết: "Điều này thực sự minh họa cho câu thần chú 'biến rác thành báu vật'". "Về cơ bản, chúng tôi đang cố gắng khép lại chu trình và sử dụng chất thải cũng như thu hồi tài nguyên trong chất thải, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường".
Nguyên tố đất hiếm là một nhóm gồm 17 nguyên tố thiết yếu cho công nghệ hiện đại. Chúng cũng cần thiết cho quá trình chuyển đổi năng lượng sang nhiên liệu carbon thấp hơn, với các nguyên tố này được sử dụng trong các tấm pin mặt trời, pin, nam châm và các công nghệ năng lượng khác.
Tuy nhiên, Hoa Kỳ gần như hoàn toàn dựa vào nguồn cung cấp nguyên tố đất hiếm từ nguồn nhập khẩu. Khoảng 75% đến từ Trung Quốc - điều này đặt ra những vấn đề tiềm ẩn trong một thế giới có chuỗi cung ứng phức tạp và căng thẳng địa chính trị.
Nghiên cứu mới phát hiện ra rằng có thể có tới 11 triệu tấn nguyên tố đất hiếm trong tro than có thể tiếp cận được ở Hoa Kỳ, gần gấp 8 lần lượng mà Hoa Kỳ hiện có trong dự trữ trong nước, theo các nhà nghiên cứu.
Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên thống kê các nguồn tài nguyên tro than quốc gia. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng có thể khai thác được 8,4 tỷ đô la nguyên tố đất hiếm từ nguồn cung cấp tro than có thể tiếp cận được.
Kết quả đã được công bố trên Tạp chí Khoa học & Công nghệ Than quốc tế. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cũng đang áp dụng phương pháp luận của nghiên cứu này để tiến hành đánh giá quốc gia của riêng mình về các nguồn tro than.
Tổng lượng tro than và tro than có thể tiếp cận được do ngành điện báo cáo trong giai đoạn 1985–2021. Nguồn: Reedy et al
Mặc dù hàm lượng các nguyên tố đất hiếm trong tro than tương đối thấp khi so sánh với các loại tro khai thác từ các mỏ địa chất, nhưng thực tế là tro có sẵn với số lượng lớn khiến nó trở thành một nguồn tài nguyên hấp dẫn, đồng tác giả Davin Bagdonas, một nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Wyoming cho biết.
"Có rất nhiều thứ này trên khắp cả nước", Bagdonas cho biết. "Và quy trình khai thác (khoáng chất) ban đầu đã được chúng tôi xử lý".
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khoảng 70% tro than được sản xuất từ năm 1985 đến năm 2021—tổng cộng khoảng 1.873 triệu tấn—có khả năng thu hồi được, với vật liệu được lưu trữ trong các bãi chôn lấp, ao hồ và khu vực lưu trữ ngoài địa điểm. Phần tro than còn lại đã được bán và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác, chẳng hạn như sản xuất xi măng và xây dựng đường bộ.
Tro than chứa các mức độ nguyên tố đất hiếm khác nhau tùy thuộc vào nơi xuất xứ. Nơi xuất xứ cũng ảnh hưởng đến lượng nguyên tố đất hiếm có thể được chiết xuất.
Ví dụ, tro từ than Appalachian Basin chứa hàm lượng nguyên tố đất hiếm cao nhất, với giá trị trung bình là 431 miligam trên một kilôgam. Nhưng chỉ có 30% nguyên tố đất hiếm có trong tro than có thể được chiết xuất. Ngược lại, than từ Powder River Basin có giá trị nguyên tố đất hiếm trung bình thấp nhất là 264 miligam trên một kilôgam, nhưng khả năng chiết xuất khoảng 70%.
Hầu hết các công trình xung quanh việc chiết xuất nguyên tố đất hiếm vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Bagdonas đang tham gia vào một dự án thí điểm tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia nhằm chiết xuất các nguyên tố đất hiếm từ tro than Powder River Basin.
Scanlon cho biết dữ liệu cơ bản được cung cấp trong nghiên cứu này có thể giúp xây dựng một thị trường rộng lớn hơn cho tro than như một nguồn tài nguyên.
Ước tính tổng lượng tro liên quan từ sản xuất than tại Hoa Kỳ theo lưu vực. Khoảng 83% tổng lượng tro được sản xuất trong giai đoạn này là từ các lưu vực Appalachian, Powder River và Illinois cộng lại. Nguồn: Reedy và cộng sự.
"Loại phân tích trinh sát rộng rãi này chưa bao giờ được thực hiện", Scanlon cho biết. "Nó cung cấp nền tảng để những người khác đi sâu hơn vào chi tiết".
Chris Young, giám đốc chiến lược tại Element U.S., một công ty khai thác khoáng sản quan trọng từ chất thải khoáng sản và kim loại, cho biết nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng to lớn của tro than như một nguồn tài nguyên. Ông cho biết thách thức hiện nay đối với ngành công nghiệp là phát triển lực lượng lao động và hoạt động cần thiết để khai thác các nguyên tố đất hiếm và các vật liệu khác từ tro than và các sản phẩm phụ khai thác khác.
Khám phá những thông tin mới nhất về khoa học, công nghệ và không gian với hơn 100.000 người đăng ký dựa vào Phys.org để biết thông tin chi tiết hàng ngày. Đăng ký nhận miễn phí
bản tin và nhận thông tin cập nhật về những đột phá, sáng kiến và nghiên cứu quan trọng—hàng ngày hoặc hàng tuần.
"Ý tưởng khai thác các nguyên tố đất hiếm từ chất thải (sản phẩm phụ của khai thác) thực sự rất có ý nghĩa. Đây là cách tiếp cận hợp lý", ông nói. "Thách thức là chuyển đổi cách tiếp cận hợp lý đó thành cách tiếp cận kinh tế".
Để đạt được mục đích đó, Element U.S. đang trong quá trình chuyển phòng thí nghiệm phân tích và thiết bị thí điểm của mình đến Austin để tận dụng chuyên môn về khoáng sản tại Đại học Texas tại Austin và cung cấp trải nghiệm khoáng sản quan trọng cho sinh viên quan tâm đến nghiên cứu khoáng sản quan trọng và sự nghiệp.
"Chúng tôi rất vui mừng khi xây dựng mối quan hệ đó với Đại học Texas xung quanh quá trình chế biến khoáng sản và tách khoáng sản", Young cho biết.
Các đồng tác giả nghiên cứu bổ sung là các nhà nghiên cứu của cục Robert Reedy (đồng tác giả chính khác), J. Richard Kyle và Kristine Uhlman, giáo sư nghiên cứu James Hower của Đại học Kentucky và cố vấn độc lập Dennis James.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
