Cuộc cách mạng vật liệu đang làm thay đổi thế giới ra sao?

Khi Douglas Caster được 13 tuổi, cha ông đã dẫn ông đến xưởng luyện thép Teeside tại miền Đông Bắc Anh, nơi ông ấy làm việc. “Tôi sợ muốn chết. Cái nóng, tiếng ồn, sự nguy hiểm ở nơi làm việc. Thông điệp rất rõ ràng: “Bạn có cơ hội sống tốt nhờ được đi học, nếu không bạn sẽ chôn vùi cuộc đời mình tại đây. Đó là một ngành đang hấp hối”, ông nhớ lại.

Sau khi tốt nghiệp đại học, Caster rời khỏi miền Bắc của Anh. Nhưng giờ khi ngành kim loại Anh đang sa sút thì ông mong góp sức mình vực dậy ngành này bằng cách trở thành Chủ tịch Metalysis, một trong số những công ty tìm lối thoát riêng bằng cách sản xuất kim loại công nghệ cao. Metalysis, được thành lập vào năm 2001, chuyên sản xuất bột titan, được sử dụng trong in 3D cho ngành y tế và phụ tùng công nghiệp. Công ty cũng đang hợp tác với GKN Aerospace sử dụng công nghệ này để cung cấp các linh kiện phụ tùng máy bay.

Nhu cầu đối với các vật liệu được sử dụng trong điện thoại, ôtô điện và máy in 3D được dự báo sẽ tăng nhanh. Có thể thấy, trong khi giá các hàng hóa truyền thống như dầu, thép và than đá cứ ì ạch ở những mức thấp trong nhiều năm liền thì giá các vật liệu như lithium, chẳng hạn, đã tăng khoảng 15% trong năm nay nhờ nhu cầu cao. Goldman Sachs dự báo lithium có tiềm năng trở thành “xăng dầu mới”. Ngân hàng này dự báo nhu cầu lithium dùng trong xe điện có thể tăng gấp 11 lần, đạt tới hơn 300.000 tấn vào năm 2025. Cơ hội đã quá rõ: pin ôtô điện và xe lai chứa tới khoảng 40-80 kg lithium.

Trong khi đó, titan được xem là “kim loại kỳ diệu”, vốn được sử dụng từ thời chiến tranh lạnh trong ngành hàng không vũ trụ quân sự và máy bay do thám. Titan bền hơn thép, lại nhẹ hơn tới 45% và chống ăn mòn. Với đặc tính này, “titan đủ bền, dẻo dai để tồn tại trong môi trường không gian hoặc dưới đáy biển”, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.

Các kim loại này, dù sở hữu những đặc tính tuyệt vời, nhưng lại chưa được sử dụng phổ biến do tiêu thụ quá nhiều năng lượng, khiến chi phí sản xuất cao. Tuy nhiên, công nghệ in 3D đang làm giảm chi phí sản xuất linh kiện titan trên quy mô công nghiệp bằng cách giảm đáng kể phế liệu. Metalysis cho biết giờ Công ty có thể sản xuất titan từ các quặng tự nhiên và cắt giảm chi phí năng lượng tới ít nhất 50%. Giá titan rẻ hơn có thể thu hút ngành ôtô, vốn đang tìm cách giảm trọng lượng xe hơi để đáp ứng các quy định về khí thải.

“Điều khiến cho titan không phát triển rộng rãi là chi phí sản xuất. Kim loại này có thể dễ dàng trở thành một hàng hóa tương lai vì sức hấp dẫn quá lớn của nó và vì nguồn cung titanium có phổ biến trên khắp thế giới. Đó là một trong những nguyên tố dồi dào nhất trên trái đất, nên không có tình trạng thiếu hụt nguồn cung”, Kartik Rao, Giám đốc Phát triển kinh doanh tại Metalysis, nhận xét.

Trong khi đó, Norsk Titanium (Na Uy) dự kiến xây dựng một nhà máy in kim loại 3D có diện tích khoảng 18.600 m² tại Mỹ vào năm tới để sản xuất 2.000 tấn linh kiện titan mỗi năm. Công ty dự kiến nhu cầu thương mại của ngành hàng không vũ trụ sẽ tăng 25% từ mức hiện tại là 4,5 tỉ USD trong vòng 5-7 năm tới, dần dần thay thế cho nhôm.

Những thay đổi trên thị trường pin cũng không kém phần ngoạn mục khi chi phí dự kiến sẽ giảm phân nửa trong vòng thập niên tới, theo Goldman Sachs. Ngân hàng này dự báo xe hơi điện sẽ chiếm tới 25% lượng xe bán ra vào năm 2025 từ mức 3% hiện nay.

Hầu như tất cả các thiết bị điện đều sử dụng pin lithium-ion, công nghệ mà Sony đã đi tiên phong vào thập niên 1980. Riêng đối với xe hơi điện, pin lithium-ion đã chiếm tới 75% nhu cầu, theo Bloomberg New Energy Finance. Nhưng các chuyên gia phân tích ước tính nhu cầu sẽ tăng trong 5-10 năm tới, khi chi phí pin giảm mạnh, khiến xe điện trở nên hấp dẫn hơn nhờ cải thiện được hiệu quả kinh tế. Để đáp ứng nhu cầu này, một loạt nhà máy mới đang được xây dựng trong đó có nhà máy Gigafactory của Tesla ở Nevada cũng như các nhà máy ở Trung Quốc của các công ty như LG Chem.

Nhưng tốc độ phát triển công nghệ cũng biến các vật liệu như lithium trở thành một canh bạc không chắc chắn: các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để làm giảm chi phí và đẩy cao hiệu suất của pin điện bằng cách kết hợp các vật liệu mới hoặc sản xuất ra những vật liệu do con người tự sáng chế. Vì thế, cũng chưa chắc chắn liệu pin xe điện sẽ như thế nào trong 10 năm tới hoặc những loại vật liệu nào mà nó sẽ sử dụng.

Chính vì công nghệ đang thay đổi quá nhanh nên khó mà dự đoán vật liệu nào sẽ trở thành ngôi sao và vật liệu nào sẽ bị “thất sủng”. Giá cao đối với bất kỳ kim loại nào cũng có xu hướng thúc đẩy sự khai sinh ra một loại vật liệu mới thay thế nó. Chẳng hạn, nhu cầu pin tăng lên dự kiến sẽ đẩy cao giá cobalt, vốn rất đắt đỏ. Theo hãng tư vấn CRU, điều đó có thể khiến cho cobalt bị thay thế bởi các vật liệu khác trong pin sau năm 2025.

“Bạn sẽ cần tới nhiều hơn những kim loại và khoáng sản này. Nhân tố khó đoán trước là công nghệ phát triển nhanh chóng như thế nào. Có thể đó là điều tốt hoặc là điều tồi tệ cho một loại hàng hóa nào đó”, Chris Berry, nhà sáng lập hãng tư vấn House Mountain Partners, nhận xét.

Nhân tố quan trọng tác động đến tốc độ tăng trưởng nhu cầu của các nguyên vật liệu này cũng chính là nhân tố đẩy cao giá đồng, quặng sắt và các kim loại khác trong vòng 15 năm qua: Trung Quốc. Việc Trung Quốc chủ trương phát triển xe buýt và xe hơi điện đang thúc đẩy nhu cầu về lithium, vốn chứng kiến giá tăng mạnh tại nước này tới hơn 60% trong năm vừa qua. Thị trường Trung Quốc dự kiến tiêu thụ gần 20% lithium được sản xuất ra trên toàn cầu trong năm nay.

“Hãng xe điện Tesla là đơn vị tiêu thụ lượng lớn lithium. Nhưng Trung Quốc lại chiếm phần tăng trưởng cao nhất. Quốc gia này đang lo lắng về việc thiếu hụt lithium”, ông Joe Lowry, chuyên gia thị trường đang làm cho FMC Lithium, nhận xét.

Đó là lý do các tập đoàn khai thác mỏ đang ra sức khai thác lithium. Rio Tinto đang tìm cách phát triển một mỏ ở Serbia mà Tập đoàn cho biết có thể đáp ứng đáng kể nhu cầu của thế giới. Dẫu vậy Rio Tinto cũng tin rằng các hàng hóa đã có mặt từ lâu trên thị trường như đồng - vốn chứng kiến giá cả giảm tới 50% kể từ năm 2011 - vẫn có tương lai. Có một thị trường lớn hơn nhiều dành cho kim loại này hơn cả lithium, graphit (than chì) hay cobalt, trị giá tới khoảng 124 tỉ USD vào năm ngoái. Ngược lại, tổng doanh số bán hằng năm từ 3 nhà sản xuất lithium lớn hiện chưa tới 1 tỉ USD.

“Chúng ta đang ở giai đoạn đầu của một cuộc cách mạng vật liệu. Nhưng điều đó không có nghĩa rằng nhôm sẽ biến mất nhưng trật tự mọi thứ sẽ thay đổi. Sẽ có những kẻ thắng, người thua mới”, Dion Vaughan, Tổng Giám đốc Metalysis, nhận xét.

Còn Simon Moores, Giám đốc Điều hành Benchmark Mineral Intelligence, thì cho rằng: “Vấn đề mấu chốt là liệu những kim loại mới sắp tới có được sử dụng trong một ngành quy mô lớn. Chúng thực sự chưa phải là một ngành khổng lồ. Nhưng chúng tôi tin rằng pin đang trên đường trở thành ngành đó”.

Đàm Hoa

Nguồn FT