Sự thống trị của Trung Quốc
Các nguyên tố đất hiếm là nguyên liệu có vai trò sống còn cho các sản phẩm công nghệ cao, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất thiết bị từ điện thoại, linh kiện ô tô, xe điện, tuabin gió… nhờ đặc tính từ tính, quang học độc đáo… Chúng gồm 17 kim loại có trong vỏ Trái Đất, nhưng phân bố thưa thớt và khó tìm thấy ở dạng tập trung. Các hợp chất của chúng rất ổn định, đòi hỏi quy trình hóa học phức tạp, tốn năng lượng và điều kiện khắc nghiệt để tách thành kim loại tinh khiết, đó là lý do chúng có tên gọi “hiếm”.
Nhưng hiện nay Trung Quốc đang gần như thống trị tuyệt đối, khi kiểm soát khoảng 70% hoạt động khai thác đất hiếm toàn cầu và cũng chiếm khoảng 90% hoạt động tinh chế đất hiếm.
Quặng đất hiếm thường chứa các nguyên tố phóng xạ như urani. Quá trình khai thác và tinh chế đất hiếm tạo ra chất thải phóng xạ, cũng như các chất cực độc như axit flohydric. Chính vì thế, nhiều quốc gia siết chặt các quy định môi trường khiến hoạt động tinh chế trở nên khó khăn. Đây cũng là một lý do khiến Trung Quốc ngày càng kiểm soát phần lớn thị phần mảng này.
Nhiều chuyên gia lo ngại, Trung Quốc sử dụng đất hiếm như đòn ngoại giao. Trung Quốc từng tạm dừng xuất khẩu đất hiếm sang Nhật Bản vào tháng 9/2010 sau vụ va chạm liên quan đến một tàu cá Trung Quốc gần quần đảo Senkaku thuộc Okinawa, Nhật Bản.
Vào tháng 4 vừa qua, chính phủ Trung Quốc đã hạn chế xuất khẩu 7 nguyên tố đất hiếm để trả đũa việc Mỹ áp thuế đối ứng cao. Việc này đã khiến xáo trộn nền kinh tế toàn cầu, làm gián đoạn chuỗi cung ứng ô tô. Hãng Ford Motor đã tạm ngừng sản xuất một số mẫu xe. Nhiều nhà sản xuất phụ tùng ở châu Âu buộc phải ngừng hoạt động. Hồi tháng 5, Suzuki phải tạm ngừng sản xuất Swift – mẫu xe nhỏ gọn chủ lực, sau khi bị chậm trễ nguồn cung các bộ phận phụ thuộc vào đất hiếm.
Để chủ động đối phó, Nhật Bản đang tìm cách giảm sự phụ thuộc nhập khẩu đất hiếm của Trung Quốc. Tổ chức An ninh Kim loại và Năng lượng Nhật Bản (JOGMEC) đã mở rộng các hoạt động nghiên cứu các công nghệ giúp giảm hoặc loại bỏ nhu cầu sử dụng đất hiếm. Nhiều hãng sản xuất ô tô nước này cũng tìm các giải pháp tiên tiến.
Nam châm Neodymium
Một trong những trọng tâm nghiên cứu tại Nhật Bản hiện nay là nam châm Neodymium, loại nam châm rất cần thiết cho các động cơ công suất cao được sử dụng trong xe điện. Được làm chủ yếu từ Neodymium và sắt, chúng nằm trong số những nam châm vĩnh cửu mạnh nhất thế giới: chỉ một gram có thể nâng được khoảng 3 kg sắt.
Tuy nhiên, điểm yếu của chúng là ở nhiệt độ cao, cường độ từ tính giảm. Ngoài ra, việc cải thiện khả năng chịu nhiệt của nam châm Neodymium vốn đòi hỏi các nguyên tố đất hiếm nặng như terbium và dysprosium, chủ yếu tập trung ở Trung Quốc.
Tập đoàn Daido Steel và Honda đã phát triển nam châm Neodymium với khả năng chịu nhiệt được cải thiện, mà không cần sử dụng các nguyên tố đất hiếm nặng. Năm 2016, Honda đã lắp đặt động cơ sử dụng công nghệ này trong mẫu xe hybrid Freed. Thay vì chỉ dựa vào phương pháp thiêu kết nhiệt độ cao thông thường, Daido phát triển phương pháp tinh chỉnh thành phần nam châm ở quy mô nanomet, giúp cải thiện khả năng chịu nhiệt. Honda cũng thiết kế lại động cơ để giảm sự tích tụ nhiệt xung quanh nam châm.
Ông Saito Kenichiro, thuộc bộ phận Hoạch định chiến lược Tập đoàn Daido cho biết, công nghệ này được sử dụng trong hầu hết các dòng xe hybrid của Honda. Mặc dù chưa được các nhà sản xuất ô tô khác áp dụng, nhưng một số hãng trong nước và quốc tế bày tỏ quan tâm, nhất là khi Trung Quốc thường xuyên đe dọa thắt chặt kiểm soát xuất khẩu đất hiếm.
Nam châm Ferrite
Việc phát triển các động cơ hoàn toàn không sử dụng nam châm Neodymium cũng đang được nghiên cứu. Astemo, một nhà cung cấp phụ tùng ô tô lớn, đã phát triển động cơ xe điện dựa trên nam châm Ferrite, chủ yếu được cấu tạo từ sắt. Loại nam châm này có từ tính yếu hơn một phần ba so với nam châm Neodymium, nghĩa là về mặt lý thuyết, một động cơ cần phải lớn gấp ba lần để tạo ra cùng một công suất. Điều này đặt ra thách thức đối với xe điện, không gian xe vốn bị hạn chế.
Astemo đã giải quyết vấn đề này bằng cách bù đắp cho từ tính yếu hơn bằng điện. Các kỹ sư xếp chồng các lớp sắt và nam châm rồi cấp dòng điện, sắt sẽ bị từ hóa, làm tăng lực từ tổng thể. Việc kiểm soát dòng điện chính xác cho phép động cơ đạt được hiệu suất tương đương với các động cơ sử dụng nam châm Neodymium.
Nhưng vì điện năng được sử dụng để tăng cường từ tính, hiệu suất năng lượng giảm nhẹ, làm tăng mức tiêu thụ pin thêm vài phần trăm. Tuy nhiên, kích thước của động cơ vẫn được giới hạn ở mức khoảng 1,3 lần so với động cơ nam châm Neodymium thông thường. Việc loại bỏ nam châm Neodymium cũng giúp giảm chi phí. Vì vậy, một số nhà sản xuất ô tô đang quan tâm tới công nghệ này.
Bên cạnh việc chủ động đẩy nhanh việc phát triển các công nghệ hoàn toàn không sử dụng đất hiếm, Chính phủ Nhật Bản ký một bản ghi nhớ hợp tác với Mỹ vào tháng 10/2025, nhằm tăng cường chuỗi cung ứng đất hiếm, bao gồm khai thác và tinh chế. Cùng hợp tác với các quốc gia khác chung mục tiêu giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc.
