Outokumpu bắt tay với MIT phát triển nền tảng EvoMaterials, cách mạng hóa công nghệ chiết xuất kim loại quan trọng

Hơn một thế kỷ qua, ngành luyện kim công nghiệp vẫn vận hành dựa trên những nền tảng hóa học cơ bản không đổi để tách kim loại khỏi quặng. Dù các hệ thống điều khiển ngày càng thông minh hơn và quy mô luyện kim công nghiệp không ngừng mở rộng, bản chất các phương pháp phân tách này vẫn tiêu tốn lượng năng lượng khổng lồ và phát thải lượng lớn cacbon.

Nhằm giải quyết nút thắt tồn tại bấy lâu, Outokumpu — nhà sản xuất thép không gỉ bền vững — vừa công bố EvoMaterials, một nền tảng công nghệ độc quyền được thiết kế để tái định hình hoàn toàn cách thức chiết xuất các kim loại quan trọng từ quặng thô và các dòng chất thải công nghiệp.

Hướng đi hóa học mới cho quy trình chiết xuất

EvoMaterials khởi nguồn từ các nghiên cứu về công nghệ xử lý dựa trên cơ chế sunfua hóa (sulfidation) nhằm cắt giảm phát thải trong quá trình sản xuất ferrocrôm. Hiện Outokumpu đã sản xuất ferrocrôm với lượng phát thải cacbon thấp hơn 67% so với mức trung bình của ngành trên toàn cầu. Công ty bắt đầu phát triển công nghệ này tại Mỹ từ năm 2021, sử dụng nguồn quặng crômít từ mỏ Kemi ở Phần Lan — mỏ crôm duy nhất còn hoạt động trong Liên minh châu Âu.

Được hỗ trợ một phần từ thỏa thuận cấp phép bằng sáng chế không độc quyền từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), nền tảng này tách rời hoàn toàn khỏi phương pháp luyện kim truyền thống vốn phụ thuộc nặng nề vào cacbon. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy những môi trường hóa học thay thế có thể phân tách các nguyên tố kim loại hiệu quả hơn, hạn chế tối đa các sản phẩm phụ không mong muốn và thu hồi kim loại giá trị cao từ các nguồn tài nguyên phẩm cấp thấp hay các dòng phế phẩm công nghiệp từng bị coi là rác thải.

"Công nghệ này là một ứng dụng hoàn toàn mới trong việc tách các nguyên tố kim loại khỏi vật liệu," ông Antoine Allanore, giáo sư luyện kim tại MIT, cho biết. Ông nhấn mạnh rằng việc tạo ra một môi trường hóa học khác biệt cho phép chiết xuất với tỷ lệ hao hụt thấp hơn đáng kể cùng mức phát thải giảm mạnh so với các kỹ thuật truyền thống.

Giao thoa khoa học liên ngành và mô hình hóa tiên tiến

Nền tảng này là điểm hội tụ của hóa học, khoa học vật liệu, vật lý, mô hình hóa tính toán và kỹ thuật. Các nhà nghiên cứu đang tận dụng những công cụ mô phỏng tiên tiến cùng trí tuệ nhân tạo để đánh giá và xác định các hướng đi hóa học đầy triển vọng trước khi đưa vào kiểm chứng bằng thực nghiệm vật lý.

"Chúng tôi quyết định vượt qua các rào cản hiện tại để nhìn nhận một cách căn bản xem đâu là phương thức tối ưu nhất, dựa trên tri thức khoa học kỹ thuật và những kinh nghiệm quý giá mà chúng ta có được ngày nay," ông Caspar Stinn, Giám đốc kỹ thuật phụ trách mảng luyện kim chiết xuất tại Outokumpu, chia sẻ. Ông Stinn từng hoàn thành chương trình tiến sĩ tại MIT với các nghiên cứu tập trung vào xử lý và tái chế kim loại phát thải cacbon thấp. "Khoa học ngày nay mang tính liên ngành cao hơn trước rất nhiều, và sự hợp tác đa lĩnh vực đang mở ra những cơ hội khoa học hoàn toàn mới."

Đảm bảo chuỗi cung ứng cho các công nghệ chiến lược

Nhu cầu đối với các loại vật liệu quan trọng đang tăng trưởng đều đặn, thúc đẩy bởi các ứng dụng chịu nhiệt độ cao trong hàng không vũ trụ, sản xuất điện, quốc phòng, cơ sở hạ tầng năng lượng và các trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, các nền kinh tế phương Tây đồng thời phải đối mặt với tình trạng suy giảm năng lực chế biến nội địa đối với những nguyên tố mang tính chiến lược này.

Thay vì đóng vai trò như một giải pháp đơn lẻ, EvoMaterials được cấu trúc như một nền tảng công nghệ diện rộng. Giáo sư Allanore chỉ ra rằng, một khi lộ trình phân tách hóa học cốt lõi đã được làm chủ trên một hệ vật liệu, các nguyên lý nền tảng này hoàn toàn có thể áp dụng cho các kim loại chiến lược khác đang chịu áp lực chuỗi cung ứng, bao gồm niken và molypden.

Lộ trình thương mại hóa hướng tới năm 2030

Outokumpu hiện đang đưa EvoMaterials bước vào giai đoạn thử nghiệm ở quy mô pilot. Doanh nghiệp dự kiến sẽ khánh thành một cơ sở thử nghiệm (pilot) tại New Hampshire vào nửa đầu năm 2027.

Nhà máy tại New Hampshire sẽ nâng quy mô quy trình độc quyền này từ môi trường phòng thí nghiệm lên các mẻ sản xuất đạt khối lượng một tấn. Nếu các thử nghiệm pilot thành công, Outokumpu đặt mục tiêu triển khai toàn diện ở quy mô công nghiệp vào năm 2030, hướng đến việc cung ứng ferrocrôm làm giàu crôm với mức phát thải thấp và kim loại crôm nguyên chất, đồng thời thiết lập một khuôn khổ tái sử dụng cho quy trình chế biến các vật liệu quan trọng.