10 vật liệu quyết định sự 'sống còn' của cuộc đua công nghệ thế hệ mới

Chỉ một lượng nhỏ gallium cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của một hệ thống radar; một tụ điện tantalum có thể quyết định độ tin cậy của vệ tinh; còn thiếu đồng có thể khiến cả một trung tâm dữ liệu phải trì hoãn.

Đó là điểm đặc biệt của cuộc đua công nghệ thế hệ mới: một quốc gia có thể sở hữu phần mềm, vốn và nhân lực kỹ thuật để phát triển một sản phẩm nhưng vẫn không thể sản xuất nếu thiếu những khoáng sản cần thiết.

Dưới đây là 10 vật liệu đang âm thầm định hình mọi thứ, từ ôtô điện, lưới điện đến robot, vũ khí và hệ thống không gian.

Đồng

Đồng không phải vật liệu hiếm hay xa lạ, nhưng gần như không có khoáng sản nào trong danh sách này liên quan đến nhiều lĩnh vực của nền kinh tế hiện đại như nó.

Đường dây điện, máy biến áp, động cơ điện, trạm sạc, các dự án năng lượng tái tạo và trung tâm dữ liệu đều cần đồng.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự báo nhu cầu đồng sẽ tăng khoảng 7 triệu tấn vào năm 2040. Với những dự án đang được lên kế hoạch hiện nay, thế giới có thể đối mặt tình trạng thiếu hụt khoảng 25% nguồn cung vào năm 2035.

Thách thức không chỉ nằm ở việc tìm kiếm mỏ đồng. Một mỏ mới có thể mất nhiều năm để được cấp phép và xây dựng. Trong khi đó, hàm lượng quặng ngày càng giảm khiến doanh nghiệp phải xử lý nhiều đất đá hơn để thu được cùng một lượng kim loại.

Lithium

Lithium cung cấp năng lượng cho xe điện, điện thoại thông minh, máy tính xách tay, drone và các hệ thống lưu trữ điện quy mô lớn.

Theo kịch bản dựa trên những chính sách hiện hành, IEA dự báo nhu cầu lithium sẽ tăng hơn ba lần vào năm 2040.

Australia là một trong những nước khai thác lithium lớn, trong khi Chile, Argentina và Trung Quốc cung cấp hóa chất lithium cùng nhiều sản phẩm đã qua chế biến.

Pin sodium-ion và một số công nghệ hóa học khác có thể giúp giảm áp lực lên nguồn lithium ở một số thị trường. Tuy nhiên, lithium vẫn giữ vai trò quan trọng trong chuỗi sản xuất pin toàn cầu.

Graphite

Lithium thường nhận được phần lớn sự quan tâm, nhưng các loại pin lithium-ion phổ biến cũng phụ thuộc vào graphite. Vật liệu này tạo thành cực âm, nơi các ion lithium được lưu trữ trong quá trình sạc.

Nhiều quốc gia có mỏ graphit tự nhiên, nhưng để sản xuất graphite cấp độ dùng cho pin, vật liệu phải trải qua các công đoạn tinh chế, tạo hình và phủ bề mặt.

Trung Quốc chi phối phần lớn hoạt động chế biến này. Vì vậy, một quốc gia khác dù có mỏ graphite cũng không thể ngay lập tức thay thế nguồn cung từ Trung Quốc nếu chuỗi cung ứng bị gián đoạn.

Cobalt

Cobalt giúp tăng độ ổn định, mật độ năng lượng và tuổi thọ của một số loại pin. Khoáng sản này cũng được sử dụng trong hợp kim siêu bền cho động cơ phản lực, dụng cụ cắt và các linh kiện phải hoạt động ở nhiệt độ cực cao.

Phần lớn cobalt khai thác trên thế giới đến từ Cộng hòa Dân chủ Congo, trong khi Trung Quốc đóng vai trò lớn trong khâu tinh luyện.

Các báo cáo về lao động trẻ em, điều kiện nguy hiểm tại các mỏ thủ công và ô nhiễm môi trường khiến cobalt trở thành một trong những vật liệu gây tranh cãi nhất trong ngành công nghệ.

Các nhà sản xuất pin đang tìm cách giảm lượng cobalt sử dụng khi có thể. Tuy nhiên, trong ngành hàng không vũ trụ và những lĩnh vực đòi hỏi hiệu suất cao, việc đánh đổi hiệu năng để giảm chi phí không phải lúc nào cũng khả thi.

Nickel

Nickel giúp một số loại pin xe điện lưu trữ nhiều năng lượng hơn mà không khiến bộ pin trở nên quá nặng. Khoáng sản này cũng vẫn thiết yếu đối với thép không gỉ, turbine khí, thiết bị hóa chất và các hợp kim siêu bền dùng trong hàng không vũ trụ.

Indonesia đã thúc đẩy mạnh mẽ hoạt động khai thác và chế biến nickel trong những năm gần đây. Tuy nhiên, tốc độ mở rộng này làm dấy lên lo ngại về phá rừng, ô nhiễm biển, chất thải khai khoáng và việc sử dụng các cơ sở chế biến chạy bằng than.

Trung Quốc sản xuất hơn 90% lượng đất hiếm và nam châm đất hiếm đã qua chế biến trên thế giới. Ảnh: Bloomberg

Đất hiếm

Đất hiếm là nhóm gồm 17 nguyên tố, song chỉ một số ít có vai trò đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị tiên tiến.

Neodymium, praseodymium, dysprosium và terbium giúp tạo ra các nam châm vĩnh cửu nhỏ gọn, được sử dụng trong động cơ xe điện, turbine gió, robot, drone và hệ thống dẫn đường tên lửa.

Nút thắt thực sự nằm ở khâu sau khai thác. Việc tách các nguyên tố đất hiếm, chuyển chúng thành kim loại và sản xuất nam châm hiệu suất cao đòi hỏi một chuỗi công nghiệp phức tạp mà Trung Quốc đã mất nhiều thập kỷ để xây dựng.

Theo IEA, tỷ trọng của Trung Quốc trong hoạt động tinh luyện đất hiếm giảm từ hơn 90% năm 2023 xuống 85% năm 2025. Dù vậy, mức độ tập trung này vẫn đủ lớn để các hạn chế xuất khẩu có thể gây ảnh hưởng dây chuyền tới ngành ô tô, năng lượng và quốc phòng.

Gallium

Gallium được sử dụng để sản xuất gallium nitride và gallium arsenide - những vật liệu bán dẫn dùng trong radar, vệ tinh, thiết bị 5G, đèn LED và các hệ thống điện tử công suất cao.

Trong một số ứng dụng tần số cao và công suất lớn, các hợp chất này có thể hoạt động tốt hơn silicon.

Gallium thường được thu hồi như sản phẩm phụ trong quá trình chế biến các kim loại khác, khiến nguồn cung khó có thể tăng nhanh.

Phân tích của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) cho thấy Trung Quốc chiếm tới 98% sản lượng gallium toàn cầu năm 2023.

Germanium

Germanium được sử dụng trong mạng cáp quang, camera hồng ngoại, thiết bị nhìn đêm, pin mặt trời vệ tinh và các hệ thống ảnh nhiệt.

Giá trị của germanium nằm ở việc nó phục vụ đồng thời cả lĩnh vực thông tin liên lạc dân sự và công nghệ cảm biến quân sự.

Giống gallium, germanium chủ yếu được thu hồi như sản phẩm phụ thay vì khai thác từ những mỏ chuyên biệt. Vì vậy, sự gián đoạn tại một số ít cơ sở chế biến có thể cùng lúc tác động đến nhiều ngành công nghiệp.

Tungsten

Tungsten có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong số các kim loại và vẫn giữ được độ bền trong những điều kiện khắc nghiệt. Nó được sử dụng trong dụng cụ cắt, thiết bị khoan, linh kiện hàng không vũ trụ, lò công nghiệp và các hệ thống quốc phòng.

Tầm quan trọng của tungsten còn vượt ra ngoài những sản phẩm trực tiếp chứa kim loại này. Các nhà máy phụ thuộc vào dụng cụ làm từ carbide tungsten để cắt và tạo hình thép, titanium cùng nhiều vật liệu khó gia công khác, khiến tungsten trở thành một mắt xích thầm lặng của nền sản xuất hiện đại.

IEA cho biết giá tungsten đã tăng gấp sáu lần trong năm 2025 và đầu năm 2026, do các biện pháp kiểm soát xuất khẩu và nhu cầu gia tăng.

Tantalum

Tantalum được biết đến nhiều nhất với vai trò sản xuất tụ điện, cho phép lưu trữ điện tích trong không gian đặc biệt nhỏ.

Các tụ điện này xuất hiện trong điện thoại thông minh, máy chủ, thiết bị cấy ghép y tế, ôtô, máy bay và thiết bị điện tử quân sự.

Quy mô thị trường tantalum không lớn, nhưng điều đó không khiến nó kém quan trọng. Chỉ một linh kiện tụ điện bị thiếu cũng có thể khiến một cỗ máy công nghệ cao trị giá hàng triệu USD phải ngừng lắp ráp.

Trong khi đó, xung đột và những vấn đề về quản trị tại một số khu vực ở Trung Phi khiến việc tìm nguồn cung tantalum trở nên phức tạp.

Cuộc đua công nghệ bắt đầu từ lòng đất

Thế giới khó có khả năng đồng thời cạn kiệt cả 10 loại khoáng sản trên. Song, đó cũng không phải rủi ro mà các chính phủ đang chuẩn bị đối phó.

Mối nguy lớn hơn là mất quyền tiếp cận một loại vật liệu khó thay thế, rồi phát hiện cả một nhà máy, dự án lưới điện hoặc chương trình quốc phòng không thể triển khai nếu thiếu nó.

Sở hữu một mỏ khoáng sản là chưa đủ. Sức mạnh công nghệ phụ thuộc vào khả năng kết nối toàn bộ chuỗi từ khai thác, tinh luyện đến sản xuất.

Những quốc gia xây dựng được chuỗi liên kết này, đồng thời tăng cường thu hồi vật liệu thông qua tái chế, sẽ có khả năng kiểm soát lớn hơn đối với những gì thế giới có thể sản xuất trong tương lai.

(Theo Interesting Engineering)

Du Lam