(Nguồn: Internet)

Những khoáng sản nào cần thiết cho quá trình dịch chuyển năng lượng?

Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), có 37 loại khoáng sản cần thiết cho quá trình dịch chuyển sang năng lượng sạch của thế giới (sau đây gọi tắt là khoáng sản chủ chốt), trong đó các khoáng sản đóng vai trò thiết yếu như li-ti (lithium), ni-ken (nickel), cô-ban (cobalt), than chì (graphite), đồng (copper), nhôm (aluminium), man-gan (manganese), bạch kim (platinum), u-ra-ni (uranium) và đất hiếm (rare earth elements) [1].

Quá trình chuyển dịch năng lượng đang thúc đẩy nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt

Các công nghệ năng lượng sạch như điện mặt trời, điện gió, pin lưu trữ, xe điện có nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt nhiều hơn các công nghệ phát điện dựa trên các nguồn nguyên liệu hóa thạch. Ví dụ, một chiếc xe điện đòi hỏi lượng khoáng sản chủ chốt cao gấp sáu lần so với một chiếc xe sử dụng công nghệ đốt trong truyền thống, hoặc một trang trại điện gió trên bờ cần lượng khoáng sản chủ chốt cao gấp 9 lần so với một nhà máy điện khí cùng công suất [2].

Các loại công nghệ năng lượng sạch khác nhau sẽ sử dụng hàm lượng và các loại khoáng sản chủ chốt khác nhau. Công nghệ sản xuất pin lưu trữ chủ yếu sử dụng li-ti, ni-ken, cô-ban, man-gan và than chì, trong khi đất hiếm là nguyên liệu đầu vào quan trọng để sản xuất nam châm vĩnh cửu cho tua-bin gió và mô-tơ xe điện. Trong khi đó, các công nghệ liên quan đến lưới điện lại sử dụng một lượng lớn đồng và nhôm. Mức độ sử dụng khoáng sản chủ chốt đối với một số công nghệ năng lượng sạch trong lĩnh vực sản xuất điện và vận tải được IEA thống kê như trong Hình 1.

Hình 1. Mức độ sử dụng khoáng sản chủ chốt của các loại công nghệ năng lượng và vận tải [2].

Quá trình chuyển dịch sang hệ thống năng lượng sạch đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt phát triển mạnh mẽ. Theo IEA, cho đến giữa thập kỷ 2010 nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt cho lĩnh vực năng lượng chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ, tuy nhiên sau năm 2015 việc thế giới chuyển dịch sang năng lượng sạch nhằm đạt các mục tiêu của Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu đã khiến nhu cầu sử dụng kim loại đồng tăng 40%, ni-ken và cô-ban tăng 60-70%, và li-ti tăng 90% trong gần hai thập kỷ qua. Hiện tại, sản xuất xe điện và pin lưu trữ đã thay thế lĩnh vực điện tử để dẫn đầu về nhu cầu tiêu thụ li-ti và dự báo sẽ vượt qua ngành công nghiệp sản xuất thép không gỉ vào năm 2040 về nhu cầu này [2].

Theo dữ liệu thống kê và dự báo của IEA ở hai kịch bản STEPS (kịch bản dựa trên chính sách hiện tại của các quốc gia) và SDS (kịch bản phát triển bền vững để đạt được các mục tiêu của Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu) như trong Hình 2, các loại khoáng sản chủ chốt như li-ti, cô-ban, ni-ken, đồng, đất hiếm được đánh giá có vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển dịch năng lượng. Mặt khác, khối lượng sử dụng trung bình các loại khoáng sản chủ chốt từ năm 2020 đến năm 2040 tăng ít nhất 4 lần theo kịch bản SDS (từ 7,2 triệu tấn lên 28 triệu tấn) và tăng đến 6 lần để đạt được mục tiêu trung hòa các-bon vào năm 2050 [2]. Trong đó mức độ tăng trưởng cao nhất thuộc về li-ti, tiếp đến là than chì, cô-ban, ni-ken và đất hiếm với chỉ số tăng trưởng như được thể hiện trên Hình 3.

Hình 2. Thống kê và dự báo tỉ lệ sử dụng một số loại khoáng sản chủ chốt thiết yếu đáp ứng nhu cầu chuyển dịch năng lượng của thế giới [2].

Hình 3. Chỉ số mức độ tăng trưởng vào năm 2040 so với năm 2020 của một số loại khoáng sản chủ chốt [2].

Bên cạnh sự tăng trưởng về khối lượng khai thác, tầm quan trọng của khoáng sản chủ chốt đối với sự phát triển năng lượng sạch còn được IEA nhấn mạnh thông qua việc đánh giá số liệu sử dụng các khoáng sản trong thời gian gần đây. Kết quả cho thấy, tỉ lệ sử dụng của các khoáng sản chủ chốt cho lĩnh vực năng lượng sạch đều có sự tăng trưởng nhảy vọt. Cụ thể, từ năm 2017 đến năm 2022, tỉ lệ sử dụng li-ti cho năng lượng sạch tăng từ 30% lên 56%, ni-ken tăng từ 6% lên 16%, cô-ban tăng từ 17% lên 40% và đất hiếm (Neodymium) tăng từ 7% lên 10% [3]. Số liệu này được minh họa như trên Hình 4. Như vậy, ngoài việc gia tăng khối lượng khai thác, cơ cấu sử dụng khoáng sản chủ chốt cũng thay đổi. Theo đó, các khoáng sản chủ chốt là nguyên liệu đầu vào cho các lĩnh vực sản xuất liên quan đến năng lượng sạch như pin lưu trữ, điện gió, điện mặt trời, lưới điện sẽ có nhu cầu ngày càng lớn.

Hình 4. Tỉ lệ sử dụng khoáng sản chủ chốt trong lĩnh vực năng lượng sạch [3].

Xét sâu hơn về cơ cấu sử dụng khoáng sản chủ chốt đối với các dạng công nghệ năng lượng sạch (kể cả lưới điện), IEA đã so sánh mức độ sử dụng khoáng sản chủ chốt của các loại công nghệ này trong quá khứ, hiện tại và tương lai theo hai kịch bản STEPS và SDS. Theo kết quả so sánh của IEA được thể hiện trong Hình 5, hiện tại các công nghệ liên quan đến lưới điện đã và đang sử dụng khoáng sản chủ chốt nhiều nhất và vị trí này sẽ được duy trì cho tới 2040 theo kịch bản STEPS. Tuy nhiên đối với kịch bản SDS, lĩnh vực này sẽ bị soán ngôi vào năm 2030 bởi lĩnh vực sản xuất pin lưu trữ và xe điện. Tỉ lệ sử dụng khoáng sản chủ chốt của lĩnh vực điện mặt trời đứng thứ 3, sau đó là điện gió và các công nghệ phát điện phát thải thấp khác. Các lĩnh vực này đều có chung xu hướng tăng dần tỉ lệ sử dụng theo thời gian. Riêng lĩnh vực sản xuất hydro, nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt chỉ bắt đầu từ năm 2040 theo kịch bản SDS.

Hình 5. Cơ cấu sử dụng khoáng sản chủ chốt của các dạng công nghệ năng lượng [3].

Quốc gia nào đang đi đầu trong việc nắm giữ thị phần công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản chủ chốt?

Nguồn tài nguyên khoáng sản chủ chốt phân bố không đều, tập trung ở một số vùng hoặc một số quốc gia nhất định. Mức độ khai thác khoáng sản chủ chốt ở các quốc gia là khác nhau, phụ thuộc vào chính sách sử dụng tài nguyên và nhu cầu kinh tế của quốc gia đó. Tuy nhiên, ngành công nghiệp khoáng sản chủ chốt trên thế giới được phân thành hai lĩnh vực rõ rệt: lĩnh vực khai thác (hàm lượng công nghệ thấp, chủ yếu dựa vào tài nguyên sẵn có) và lĩnh vực chế biến (hàm lượng công nghệ cao, giá trị sản phẩm cao). Bức tranh hiện tại về ngành công nghiệp này được thể hiện tại Hình 6 [3].

Hình 6. Top 3 các quốc gia đi đầu trong việc khai thác và chế biến khoáng sản chủ chốt tại thời điểm năm 2022 [3].

Theo đó, trong năm 2022, đối với lĩnh vực khai thác, Trung Quốc là nước khai thác than chì và đất hiếm nhiều nhất, Cộng hòa Dân chủ Công-gô (DRC) là nước dẫn đầu trong việc khai thác cô-ban, còn Úc, In-đô-nê-xi-a  và Chi-lê tương ứng là 3 quốc gia đi đầu trong việc khai thác li-ti, ni-ken và đồng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực chế biến, Trung Quốc dẫn đầu 5 trong số 6 loại khoáng sản gồm than chì, đất hiếm, cô-ban, li-ti và đồng. Chỉ riêng ni-ken là do In-đô-nê-xi-a dẫn đầu. Có một điểm đặc biệt là đối với ngành công nghiệp chế biến than chì, Trung Quốc đang nắm giữ 100% thị phần của thế giới.

Xét riêng trong khu vực Đông Nam Á, chỉ có In-đô-nê-xi-a và Phi-líp-pin góp mặt trong top 3 quốc gia dẫn đầu trong lĩnh vực khai thác, tương ứng với khoáng sản ni-ken, cô-ban và li-ti. Đối với lĩnh vực chế biến thì top 3 có sự góp mặt của In-đô-nê-xi-a và Ma-lai-xi-a (đất hiếm).

Báo cáo của IEA cũng chỉ ra rằng Trung Quốc là nước nhập khẩu nguyên liệu thô để chế biến khoáng sản chủ chốt nhiều nhất thế giới. Thị trường nhập khẩu của Trung Quốc chủ yếu là các quốc gia Châu Phi, Đông Nam Á và Úc. Trong đó, Việt Nam là quốc gia xuất khẩu nguyên liệu thô lớn thứ 2 cho Trung Quốc với 18% lượng nhập khẩu về li-ti, theo sau Úc – quốc gia dẫn đầu với 62% lượng nhập khẩu [3].

Vẫn còn nhiều thách thức phải đối mặt…

Việc tăng đột ngột nhu cầu sử dụng khoáng sản chủ chốt để đáp ứng quá trình chuyển dịch năng lượng trên thế giới đã khiến nguồn cung bị quá tải trong ngắn hạn, có thể làm chậm quá trình chuyển dịch năng lượng do thiếu nguyên liệu đầu vào hoặc làm tăng chi phí do khan hiếm nguồn cung.

Sản lượng khoáng sản chủ chốt cho quá trình chuyển dịch năng lượng mang tính tập trung về mặt địa lý và quốc gia hơn so với nguyên liệu truyền thống, được phân bố khá rộng rãi giữa các khu vực và quốc gia như dầu và khí tự nhiên. Ví dụ đối với li-ti, cô-ban và đất hiếm thì top 3 quốc gia có sản lượng lớn nhất đã chiếm gần ¾ sản lượng toàn cầu. Đặc điểm này dẫn đến gia tăng các rủi ro về gián đoạn thị trường, bảo hộ thương mại, hoặc mục đích phát triển chủ quan của các quốc gia nắm giữ sản lượng khoáng sản chủ chốt chính.

Bên cạnh đó, mặt trái của việc khai thác một lượng lớn khoáng sản chủ chốt trong thời gian dài và liên tục sẽ gây ra các hệ lụy về môi trường, đặc biệt về nước ngầm, thảm thực vật và kết cấu tự nhiên của đất. Việc này phần nào trực tiếp và gián tiếp ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững cũng như môi trường sống của trái đất.

Đối mặt với các thách thức, Chính phủ các nước, các tổ chức cần có những hành động mạnh mẽ, tăng cường hợp tác, xây dựng chiến lược khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên khoáng sản chủ chốt hiệu quả, an toàn để đáp ứng quá trình chuyển dịch năng lượng và thỏa mãn mục tiêu khí hậu đến năm 2050.  

Thực hiện: Trần Hữu Nghị

Tài liệu tham khảo:

[1] IEA, Critical Minerals Data Explorer, Paris: https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/critical-minerals-data-explorer, 2023.

[2] IEA, "The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions-World Energy Outlook Special Report," 2022.

[3] IEA, "Critical Minerals Market Review," 2023.