Vì sao gọi là đất hiếm nhưng thật ra chúng không hề hiếm?

Đất hiếm, hay còn được gọi là nguyên tố đất hiếm (Rare Earth Elements - REE), là một nhóm gồm 17 nguyên tố hóa học, bao gồm 15 nguyên tố nhóm Lanthan cùng với Scandium (Sc) và Yttrium (Y). Ngay từ cái tên, người ta đã hình dung đây là loại tài nguyên cực kỳ khan hiếm, khó tìm thấy và quý giá như vàng ròng. Tuy nhiên, giới khoa học và địa chất lại khẳng định điều ngược lại: đất hiếm không hề hiếm trong vỏ Trái Đất.

Thậm chí, một số nguyên tố đất hiếm như Cerium (Ce) còn dồi dào hơn cả các kim loại thông thường như đồng (Cu) hay kẽm (Zn). Vậy đâu là nguyên nhân dẫn đến sự mâu thuẫn trong tên gọi này và tại sao đất hiếm lại trở thành "vàng của thế kỷ 21", là tài nguyên chiến lược trong cuộc đua công nghệ toàn cầu?

Nguồn gốc của một cái tên gây hiểu lầm

Lý do đất hiếm được đặt tên như vậy bắt nguồn từ lịch sử phát hiện chúng. Vào cuối thế kỷ 18, các nhà khoa học lần đầu tiên tách chiết các nguyên tố này từ các khoáng vật phức tạp có vẻ ngoài không phổ biến, thường được tìm thấy ở những vùng địa chất đặc biệt. Cụ thể, chúng được chiết xuất dưới dạng oxit (hợp chất của nguyên tố với oxy), vốn là các chất rắn, trơ, giống như "đất" (earth) trong thuật ngữ hóa học cũ. Việc tìm thấy chúng trong các khoáng vật hiếm (rare mineral) đã dẫn đến cái tên "đất hiếm" (rare earth).

Tuy nhiên, khái niệm "hiếm" ở đây không ám chỉ sự khan hiếm về tổng trữ lượng trong vỏ Trái Đất, mà là sự hiếm hoi trong việc tìm thấy chúng ở dạng quặng tập trung đủ lớn để khai thác một cách dễ dàng và kinh tế. Khác với các kim loại cơ bản như sắt hay nhôm thường tụ lại thành các mỏ khổng lồ, các nguyên tố đất hiếm có xu hướng phân tán rải rác. Chúng nằm lẫn với nhau và với nhiều khoáng chất khác, tạo thành những lớp trầm tích mỏng hoặc phân bố ở nồng độ thấp trên diện rộng. Sự phân tán này khiến việc định vị, khai thác và thu hồi trở nên vô cùng "rắc rối" và đắt đỏ, dù chúng có mặt gần như khắp mọi nơi trên hành tinh. Giáo sư Aaron Noble từ Đại học Bách Khoa Virginia thậm chí còn nhận định rằng đất hiếm "chắc chắn không hiếm như bạc, vàng hay bạch kim".

Khó khăn chồng chất trong khai thác và tinh chế

Thách thức lớn nhất đối với đất hiếm không nằm ở việc chúng có tồn tại hay không, mà nằm ở quy trình để biến quặng thô thành kim loại tinh khiết sử dụng được. Đây chính là yếu tố biến đất hiếm từ loại khoáng vật dồi dào về mặt trữ lượng thành nguồn cung hạn chế trên thị trường toàn cầu.

Quá trình khai thác đất hiếm thường đi kèm với các vấn đề về môi trường nghiêm trọng. Do các nguyên tố đất hiếm có tính chất hóa học tương đồng nhau một cách bất thường, việc tách biệt chúng khỏi nhau và khỏi các tạp chất khác đòi hỏi một chuỗi các quy trình phức tạp, tốn kém và sử dụng nhiều hóa chất độc hại. Ví dụ, việc tách Neodymium khỏi Praseodymium, hay tách các nguyên tố đất hiếm nặng khỏi nhóm nhẹ, cần công nghệ luyện kim chiết tách chất lỏng-chất lỏng tiên tiến. Hoạt động này tạo ra một lượng lớn chất thải axit và bùn thải chứa các chất phóng xạ tự nhiên (NORM) như Uranium và Thorium, vốn thường tồn tại cùng trong quặng đất hiếm. Việc xử lý chất thải này đòi hỏi chi phí khổng lồ và công nghệ kiểm soát ô nhiễm nghiêm ngặt.

Hơn nữa, phần lớn trữ lượng đất hiếm trên thế giới hiện được kiểm soát bởi một quốc gia, tạo ra sự phụ thuộc và rủi ro địa chính trị lớn cho chuỗi cung ứng toàn cầu. Điều này càng làm tăng thêm cảm nhận về sự "hiếm" của loại vật liệu này trên thị trường, mặc dù trữ lượng tự nhiên của chúng vẫn còn rất lớn.

Tầm quan trọng chiến lược và ứng dụng không thể thiếu

Nếu đất hiếm chỉ là một loại khoáng vật khó khai thác, có lẽ nó đã không trở thành tâm điểm của cuộc đua tài nguyên toàn cầu. Tuy nhiên, chính những đặc tính từ tính, quang học và điện hóa đặc biệt của chúng đã biến đất hiếm thành "vitamin" không thể thiếu của ngành công nghiệp hiện đại.

Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng để tạo ra nam châm vĩnh cửu siêu mạnh, nhỏ gọn nhưng có hiệu suất cao, như Neodymium (Nd), Praseodymium (Pr), Dysprosium (Dy) và Terbium (Tb). Những nam châm này là trái tim của mọi thiết bị công nghệ cao: từ động cơ xe ô tô điện, tua-bin gió, máy bay không người lái, ổ đĩa cứng máy tính, tai nghe, điện thoại thông minh, cho đến các hệ thống vũ khí quân sự tiên tiến.

Ngoài ra, đất hiếm còn có nhiều ứng dụng khác. Cerium (Ce) được dùng làm chất xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý khí thải ô tô. Lanthanum (La) là thành phần quan trọng trong pin niken-kim loại hydrua (NiMH) và thấu kính quang học chất lượng cao. Europium (Eu) và Terbium (Tb) được dùng làm vật liệu phát quang trong màn hình tivi và đèn LED. Trong y học, chúng được ứng dụng để sản xuất thiết bị chụp cộng hưởng từ (MRI) và một số loại thuốc điều trị ung thư.

Sự đa dạng và tính thiết yếu của đất hiếm trong sản xuất các sản phẩm phục vụ cho tương lai (như năng lượng xanh, trí tuệ nhân tạo và quốc phòng) đã nâng cao giá trị và vị thế chiến lược của chúng. Dù tổng trữ lượng không hiếm, nhưng nguồn cung kim loại đất hiếm tinh chế lại bị giới hạn do các rào cản về công nghệ, môi trường và địa chính trị. Chính điều này đã xác lập vị thế của đất hiếm như một "con bài chiến lược" của các cường quốc trong thế kỷ 21.