Kim loại hiếm: Nhân tố thúc đẩy các nguồn năng lượng mới

Cuốn sách của nhà báo người Pháp Guillaume Pitron là tác phẩm điều tra sâu sắc, đưa ra góc nhìn khác biệt về mặt trái của cuộc cách mạng công nghệ xanh và số hóa, gợi nhiều suy ngẫm trong bối cảnh thế giới hiện tại.

Chẳng hạn, cối xay gió là một công cụ mà trong đó năng lượng gió làm quay các cánh quạt, bánh xe và tiếp đó là một cối xay cơ học, giúp nghiền nát ô liu hoặc ngũ cốc.

Động cơ hơi nước là động cơ mà trong đó nhiệt năng từ hơi nước được chuyển hóa, thông qua các pít-tông, thành năng lượng cơ học đủ mạnh để di chuyển một đầu máy xe lửa. Với động cơ đốt trong, năng lượng tạo ra từ quá trình đốt cháy xăng được dùng để kích hoạt các pít-tông và giúp phương tiện di chuyển.

Thực ra, con người đã chế tạo ra các máy móc cơ học mới từ nhiều thế kỷ nay. Càng có nhiều máy móc mới phục vụ cho việc di chuyển, chúng ta càng có thể đi lại và giao thương nhanh chóng, giao phó những nhiệm vụ mới cho máy móc và các loại robot khác, gia tăng năng suất lao động - và kiếm được nhiều tiền hơn.

Để đảm bảo các máy móc vận hành một cách tối ưu, chúng ta cần cung cấp cho chúng nguồn năng lượng dồi dào và giá cả hợp lý. Nếu đáp ứng được điều kiện này thì chúng ta có thể đạt được các mục tiêu về tăng trưởng kinh tế.

Vì vậy, trong gần ba thế kỷ qua, con người đã liên tục chế tạo những động cơ mới với tỷ lệ kích thước/công suất/giá thành ngày càng ấn tượng: chúng ngày càng nhỏ gọn và tiết kiệm tài nguyên trong khi lại tạo ra nhiều năng lượng cơ học hơn. Và chính trong giai đoạn này, các kim loại hiếm bắt đầu thể hiện vai trò quan trọng.

Ảnh: Rick Bowmer.

Thực ra sự tồn tại của những nguyên tố này đã được các nhà khoáng vật học biết đến từ thế kỷ 18, nhưng phần lớn trong số chúng ít được sự quan tâm vì chưa có ứng dụng trong công nghiệp. Tuy nhiên, từ những năm 1970, con người bắt đầu khai thác các tính chất từ tính đặc biệt của một số kim loại hiếm này và sử dụng chúng để chế tạo những nam châm siêu mạnh.

Khi một dòng điện chạy qua các cuộn dây của stato trong một động cơ điện, nó tạo ra một từ trường làm quay các nam châm vĩnh cửu trong roto. Những nam châm nhỏ nhất chỉ bằng đầu của một cây kim, trong khi nam châm điện lớn nhất từng được chế tạo có đường kính ngoài hơn 5 mét, nặng 132 tấn và được đặt tại trung tâm của Ủy ban Năng lượng Nguyên tử ở Saclay, thuộc tỉnh Essonne, Pháp.

Dù nhỏ bé hay khổng lồ, nam châm cũng quan trọng đối với động cơ điện như pít-tông đối với động cơ hơi nước hay động cơ xăng. Chúng đã cho phép chế tạo hàng tỷ động cơ lớn nhỏ để lặp đi lặp lại không ngừng các chuyển động thay cho chúng ta mỗi ngày - dù là vận hành một chiếc xe đạp điện, đẩy hàng loạt đầu máy xe lửa, làm rung bàn chải đánh răng điện hay điện thoại di động, điều khiển cửa sổ điện của xe ô tô, hay đẩy một chiếc thang máy lên tầng cao nhất của một tòa nhà chọc trời.

Người ta ước tính rằng từ nay đến năm 2030, thế giới sẽ cần một lượng nam châm gấp 10-12 lần số lượng nam châm hiện tại chỉ riêng cho các phương tiện giao thông điện. Thực ra, xã hội của chúng ta đã vô tình bị từ hóa hoàn toàn, và không quá lời khi khẳng định rằng thế giới sẽ chậm lại đáng kể nếu thiếu các nam châm chứa các kim loại hiếm... Hãy nghĩ về điều đó khi lần tới bạn nghịch những chiếc nam châm đầy màu sắc mà bạn sưu tập trên cánh cửa tủ lạnh nhé!