Phát minh của Mỹ làm rung chuyển ngành năng lượng: Biến nước biển thành 'mỏ khoáng sản', chỉ cần 0,1% đủ cung cấp cho nhân loại 50.000 năm

Các nhà khoa học Mỹ đang phát triển công nghệ khai thác khoáng sản trực tiếp từ nước biển sau khi các nghiên cứu cho thấy chỉ cần khai thác khoảng 0,1% lượng nước biển trên Trái Đất cũng có thể đáp ứng nhu cầu về nhiều khoáng chất thiết yếu của nhân loại trong khoảng 50.000 năm tới.

Dự án do các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thực hiện, với sự hỗ trợ của Văn phòng Thủy điện và Thủy động lực học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE). Mục tiêu là khai thác các khoáng sản chiến lược như lithium, magie, mangan, coban và các nguyên tố đất hiếm – những vật liệu đóng vai trò quan trọng trong sản xuất pin xe điện, chất bán dẫn, thiết bị điện tử và các công nghệ năng lượng sạch.

Theo bà Jessica Cross, nhà hải dương học hóa học tại PNNL, đại dương đang lưu giữ một nguồn tài nguyên khổng lồ nhưng gần như chưa được khai thác.

"Chỉ khoảng 0,1% lượng nước biển đã chứa đủ magie, lithium và nhiều khoáng chất thiết yếu khác để đáp ứng nhu cầu của nhân loại trong hơn 50.000 năm nếu có thể khai thác hiệu quả", bà cho biết.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất nằm ở việc các khoáng chất này tồn tại với nồng độ rất thấp. Tiến sĩ Chinmayee Subban, nhà hóa học tại PNNL, cho biết magie tương đối dồi dào trong nước biển nhưng lithium, niken và nhiều kim loại quan trọng khác chỉ xuất hiện với hàm lượng rất nhỏ, buộc các nhà khoa học phải xử lý khối lượng nước khổng lồ mới có thể thu hồi được.

Để hình dung quy mô này, một bể bơi tiêu chuẩn Olympic chứa khoảng 2,3 triệu lít nước biển có thể chứa gần 3 tấn magie, nhưng chỉ khoảng 0,42 kg lithium và chưa đến 1 gram niken.

Dù vậy, theo nhóm nghiên cứu, nước biển lại có một ưu điểm rất lớn là thành phần hóa học gần như đồng đều trên phạm vi toàn cầu. Điều này cho phép phát triển một công nghệ tiêu chuẩn và triển khai tại nhiều khu vực khác nhau thay vì phải điều chỉnh theo từng mỏ khoáng sản như khai thác trên đất liền.

Để giải quyết bài toán hiệu suất, các nhà khoa học đã phát triển một lò phản ứng dòng chảy liên tục. Trong hệ thống này, nước biển được đưa tiếp xúc với natri hydroxit để tạo thành magie hydroxit có độ tinh khiết cao – một nguyên liệu đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp tại Mỹ nhưng phần lớn vẫn phải nhập khẩu.

Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, nếu công nghệ này được tích hợp với nhà máy khử mặn Carlsbad tại bang California, sản lượng magie hydroxit có thể đạt khoảng 524.000 kg mỗi ngày, cao gấp hơn ba lần nhu cầu sử dụng hiện nay của nước Mỹ trong trường hợp thu hồi tối đa.

Không chỉ dừng ở việc thu hồi magie, nhóm nghiên cứu còn hướng tới tận dụng toàn bộ các sản phẩm phụ của quá trình khai thác.

Sau khi tách magie, phần nước muối đậm đặc tiếp tục được xử lý bằng công nghệ màng điện phân lưỡng cực (BPMED) để tạo ra axit và bazơ phục vụ cho các công đoạn tiếp theo. Trong các thử nghiệm, loại axit tạo ra từ quy trình này cho hiệu quả tách chiết niken từ khoáng vật olivine cao hơn khoảng 37% so với axit clohydric thương mại.

Các nhà khoa học cũng cho rằng một số sản phẩm phụ khác có thể phục vụ nuôi trồng thủy sản hoặc thúc đẩy sự phát triển của rong biển và tảo. Theo PNNL, nhiều loại rong biển có khả năng tích lũy một số khoáng chất với nồng độ cao gấp hàng triệu lần so với nước biển xung quanh, mở ra triển vọng kết hợp khai thác khoáng sản với sản xuất sinh khối, phân bón, nhiên liệu sinh học và hóa chất.

Mặc dù công nghệ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và còn phải giải quyết các bài toán về chi phí cũng như khả năng thương mại hóa, nhóm nghiên cứu tin rằng đây có thể trở thành một hướng đi quan trọng nhằm xây dựng nguồn cung khoáng sản chiến lược bền vững, giảm phụ thuộc vào khai thác mỏ truyền thống và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành công nghiệp công nghệ cao.

Khánh Vy