Theo Interesting Engineering, Mỹ đang sở hữu một “mỏ vàng đất hiếm” không nằm sâu dưới lòng đất, mà ẩn trong hố nước thải. Một hố nước thải lâu năm ở Butte, bang Montana, có thể sớm trở thành tài sản chiến lược quốc gia khi Bộ Quốc phòng Mỹ đang xem xét cấp khoản tài trợ 75 triệu USD để xây dựng một nhà máy tinh chế, bước cuối cùng cần thiết để tinh luyện đất hiếm chiết xuất từ nước mỏ có tính axit, tiến tới sản xuất quy mô lớn.
Nếu được thông qua, dự án tại Butte tập trung vào khu vực hồ Berkeley, sẽ thúc đẩy nỗ lực của Mỹ nhằm tăng sản lượng đất hiếm. Các nguyên tố đất hiếm thường phân tán, khiến việc khai thác trở nên tốn kém.
Hiện nay, Mỹ đang chạy nỗ lực giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc – một quốc gia chiếm ưu thế nguồn cung đất hiếm toàn cầu. Với chỉ một mỏ đất hiếm đang hoạt động tại Mountain Pass, California (Mỹ) từ lâu đã gặp khó khăn trong cạnh tranh. Tuy nhiên, các công nghệ mới cho phép khai thác khoáng chất từ nước thải có thể thay đổi cục diện này.
Trong bối cảnh hiện nay, Mỹ đã chuyển sự chú ý đến các trữ lượng đất hiếm tại Greenland, và gần đây đã tiến hành khai thác khoáng sản dưới đáy biển.
Theo The New York Times, hồ Berkeley chứa hơn 50 tỷ gallon nước thải giàu kim loại và có tính axit, chất thải của quá trình khai thác khoáng sản đồng trong quá khứ.
Nhưng ẩn chứa trong chất thải hỗn hợp này là các nguyên tố giá trị cao như neodymium và praseodymium, là các nguyên tố thiết yếu cho việc chế tạo nam châm mạnh trong điện thoại thông minh, xe điện và vệ tinh. Nếu được khai thác hiệu quả, các nhà nghiên cứu ước tính hồ này có thể cung cấp tới 40 tấn đất hiếm mỗi năm.
Đáng chú ý, công nghệ đột phá phía sau dự án này đến từ Paul Ziemkiewicz - một nhà nghiên cứu tại Đại học West Virginia. Nhóm của ông đã phát triển phương pháp chiết xuất khoáng chất thiết yếu từ dòng nước chảy có tính axit trong các mỏ. Kỹ thuật này lần đầu tiên được áp dụng tại các mỏ than và hiện đang cho thấy tiềm năng lớn tại hồ Berkeley, nơi có hàm lượng khoáng chất cao hơn nhiều.
“Một trong những điểm mạnh của nước thải mỏ axit là phần cô đặc mà chúng tôi thu được chứa rất nhiều đất hiếm nặng”, tiến sĩ Ziemkiewicz, người đã nghiên cứu hồ này suốt 25 năm cho biết.
Phương pháp này sử dụng kỹ thuật đơn giản nhưng có khả năng mở rộng để biến nước thải thành nguồn tài nguyên. Những chiếc túi nhựa lớn, được dệt dày đặc, được đổ đầy bùn lọc ra từ nước thải hồ. Khi nước từ từ thoát ra, phần còn lại là tiền cô đặc chứa khoảng 1 đến 2% đất hiếm.
Bước cuối cùng trong quy trình đã được cấp bằng sáng chế là chiết xuất bằng dung môi, một kỹ thuật phân tách và tinh chế từng nguyên tố đất hiếm, tạo ra vật liệu tinh khiết cần thiết cho công nghệ tiên tiến.
Nếu được mở rộng sang các khu vực khác, tiến sĩ Ziemkiewicz tin rằng phương pháp này có thể cung cấp gần như toàn bộ lượng đất hiếm mà Mỹ đang nhập khẩu, khoảng 1.400 tấn mỗi năm. Trong bối cảnh nhu cầu dự kiến tăng vọt tới 600% trong vài thập kỷ tới, các nguồn cung nội địa như vậy có thể đóng vai trò then chốt trong việc giảm phụ thuộc vào Trung Quốc.
Trong các hố nước thải, Mỹ không chỉ phát hiện đất hiếm mà còn phát hiện thêm một số mỏ kho báu khác. Đơn cử như, vào tháng 5/2024, các nhà khoa học Mỹ cũng đã phát hiện một mỏ kho báu khác là lithium ẩn trong nước thải từ cơ sở khai thác khí tự nhiên bằng thủy lực cắt phá (kỹ thuật khai thác mỏ bằng cách dùng áp suất chất lỏng để làm nứt các tầng đá trong lòng đất) ở Pennsylvania.
Bằng công nghệ phân tích dữ liệu tự động cùng kỹ thuật chiết xuất trực tiếp, nguồn kho báu kithium này đã được phát hiện. Phát hiện mỏ lithium ở Pennsylvania có thể dẫn tới phương pháp mới để thu thập nguyên tố thiết yếu này mà không cần khai thác nhiều mỏ hơn, Chenical & Engineering cho biết.
Không giống như các mỏ kho báu lithium thông thường, mỏ kho báu này sẽ phải sử dụng công nghệ cao để chiết xuất. Cụ thể, công nghệ DLE cho phép trích xuất lithium trực tiếp từ nước thải chứa lithium, giúp tăng tốc độ khai thác từ vài tháng xuống còn vài ngày và nâng cao tỷ lệ thu hồi lithium trung bình từ 60-80%, so với 40-60% trong phương pháp ao bốc hơi truyền thống.
Đáng chú ý, công nghệ này được điều khiển bởi một thống thống công nghệ đa tầng, có thể điều khiển từ xa và con người chỉ cần đứng quan sát. Công nghệ trí tuệ nhân tạo cũng như mô phỏng 3D sẽ giúp thông tin trong quá trình chiết xuất được cập nhật liên tục tới người giám sát.