Cobalt là gì? Tính chất, ứng dụng và vai trò chiến lược của kim loại quý hiếm này

Chu Văn An

Cobalt – hay còn gọi là Cobalt, là kim loại chuyển tiếp quý hiếm nhưng cực kỳ quan trọng trong thế giới công nghiệp hiện đại. Từ pin lithium-ion trong điện thoại và xe điện, đến hợp kim siêu bền trong động cơ máy bay và thậm chí cả trong công nghệ y tế – Cobalt âm thầm đóng một vai trò cơ bản trong một loạt lĩnh vực cốt lõi. Nhưng giá trị của kim loại này không chỉ nằm ở đặc tính kỹ thuật vượt trội mà còn ở vị trí chiến lược trong chuỗi cung ứng toàn cầu – nơi các quốc gia nắm giữ trữ lượng coban đang trở thành tâm điểm của cuộc chạy đua công nghệ và địa chính trị. Bài viết dưới đây sẽ đưa bạn đi sâu vào thế giới Cobalt: đặc điểm, ứng dụng, cách khai thác và những thách thức xung quanh nó.

1. Giới thiệu chung

Cobalt (ký hiệu hóa học Co, số nguyên tử 27) là kim loại chuyển tiếp có từ tính, cứng và có màu xám xanh. Với vai trò thiết yếu trong sản xuất pin lithium-ion, hợp kim chịu nhiệt và công nghệ hàng không vũ trụ, coban hiện là một trong những nguyên tố kim loại có giá trị chiến lược nhất trong thế kỷ 21. Không giống như các kim loại thông thường như sắt hay nhôm, coban hiếm hơn, khó khai thác hơn và có chuỗi cung ứng toàn cầu cực kỳ phức tạp.

Trong thời đại chuyển đổi năng lượng và phát triển bền vững, coban đã trở thành vật liệu không thể thay thế cho các ứng dụng công nghệ cao như xe điện, điện thoại thông minh, tua-bin gió và công nghệ quân sự. Tuy nhiên, cùng với giá trị kinh tế và công nghệ là những thách thức về đạo đức, môi trường và địa chính trị.

Cobalt có ký hiệu hóa học Co, số hiệu nguyên tử 27

2. Tính chất lý hóa của Cobalt

Cobalt là kim loại rắn, màu xanh bạc, nặng hơn sắt và có một số tính chất lý hóa đặc biệt:

• Mật độ: khoảng 8,9 g/cm³.
• Nhiệt độ nóng chảy: 1.495°C – cao hơn nhiều so với kim loại thông thường.
• Từ tính: Cobalt là kim loại có từ tính, cùng nhóm với sắt và niken.
• Tính ổn định: Chống ăn mòn tốt trong môi trường khô ráo nhưng dễ bị oxy hóa trong điều kiện ẩm ướt hoặc axit.

Trong tự nhiên, coban không tồn tại ở dạng nguyên chất mà thường liên kết với các khoáng chất như cobanite (CoAsS), erythrite (Co₃(AsO₄)₂·8H₂O), hoặc là sản phẩm phụ của quá trình khai thác niken và đồng.

Cobalt là kim loại rắn, màu xanh bạc

3. Ứng dụng công nghiệp của Cobalt

Cobalt có phạm vi ứng dụng cực kỳ rộng nhờ các đặc tính cơ, từ và hóa học độc đáo:

Pin lithium-ion: Hiện nay, pin lithium-ion là ứng dụng lớn nhất của coban, chiếm hơn 50% lượng tiêu thụ coban toàn cầu. Trong các loại pin như NMC (Nickel- Mangan-Cobalt) và NCA (Nickel-Cobalt-Aluminum), coban giúp ổn định cấu trúc tinh thể cathode, tăng mật độ năng lượng và kéo dài tuổi thọ pin. Các hãng xe điện như Tesla, BYD, Volkswagen đều sử dụng loại pin này trong sản phẩm của mình.

Pin lithium-ion là ứng dụng lớn nhất của coban

Hợp kim chịu nhiệt: Cobalt được sử dụng trong các hợp kim siêu bền cho động cơ phản lực, tua bin khí và ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Hợp kim Co-Cr hoặc Co-Ni đặc biệt có khả năng chịu được nhiệt độ cao và môi trường oxy hóa khắc nghiệt.

Công nghiệp hóa chất và chất xúc tác: Cobalt là chất xúc tác quan trọng trong quá trình hydro hóa, khử lưu huỳnh trong lọc dầu và sản xuất polyester. Ngoài ra, coban còn có mặt trong ngành sơn, men gốm (tạo màu xanh coban) và mực in.

Ứng dụng màu xanh coban trong sản xuất men gốm

Y học và công nghệ hạt nhân: Cobalt-60 là đồng vị phóng xạ được sử dụng phổ biến trong điều trị ung thư (xạ trị) và khử trùng thiết bị y tế nhờ khả năng phát ra tia gamma mạnh.

4. Các nước sản xuất cobalt hàng đầu

Chuỗi cung ứng coban toàn cầu phụ thuộc vào một số ít quốc gia, đáng chú ý là:

Sự tập trung khai thác ở DRC khiến chuỗi cung ứng coban dễ bị bất ổn chính trị và rủi ro đạo đức.

5. Thách thức và rủi ro

5.1. Khai thác thủ công và lao động trẻ em

Tại DRC, hàng trăm nghìn người làm việc trong điều kiện nguy hiểm, không có bảo hộ lao động, đặc biệt là trẻ em tham gia khai thác “cobalt thủ công” để kiếm sống. Hình ảnh trẻ em đào mỏ bằng tay không khiến cả thế giới chấn động, buộc các công ty công nghệ phải xem lại chuỗi cung ứng của mình.

5.2. Tác động môi trường

Khai thác và chế biến coban gây ô nhiễm nước, đất và không khí. Việc quản lý chất thải không đúng cách có thể dẫn đến rò rỉ kim loại nặng ra môi trường, gây ảnh hưởng lâu dài đến hệ sinh thái và cộng đồng con người.

5.3. Địa chính trị và an ninh chuỗi cung ứng

Với hơn 70% coban đến từ một quốc gia – nơi có lịch sử bất ổn, chiến tranh và xung đột, các nước phương Tây đang cố gắng “giảm sự phụ thuộc” vào DRC thông qua việc đầu tư khai thác tại Australia, Canada hoặc tái chế coban từ pin cũ.

6. Tái chế và thay thế

6.1. Tái chế pin lithium-ion

Vì coban đắt và khan hiếm nên tái chế pin lithium-ion đã trở thành một lĩnh vực nóng. Các công ty như Redwood Materials, Li-Cycle hay Umicore đang dẫn đầu về công nghệ tái chế để thu hồi coban, niken, lithium từ pin đã qua sử dụng.

6.2. Giảm hoặc thay thế coban trong pin

Các nhà sản xuất pin đang phát triển công nghệ “ít coban” hoặc “không chứa coban”, chẳng hạn như:

• Pin LFP (Lithium Iron Phosphate): Không chứa coban, giá thành thấp hơn và độ an toàn cao hơn.
• Pin LMNO, LNMO: Sử dụng cấu trúc Spinel, hiệu suất cao không chứa coban.

Tuy nhiên, cho đến nay, pin coban vẫn vượt trội về mật độ năng lượng – điều rất quan trọng đối với xe điện đi đường dài.

7. Triển vọng thị trường và xu hướng tương lai

Nhu cầu tăng trưởng mạnh: Theo Bloomberg NEF, nhu cầu cobalt sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030, chủ yếu đến từ ngành công nghiệp xe điện. Trong khi đó, nguồn cung vẫn còn hạn chế do chi phí cao và rào cản đầu tư.

Dịch chuyển chuỗi cung ứng: Các nước như Mỹ, EU, Nhật Bản đang đẩy mạnh “onshoring” – xây dựng chuỗi cung ứng coban trong nước, từ khai thác, tinh chế đến tái chế. Các chính phủ cũng tăng cường các quy định về tính minh bạch và truy xuất nguồn gốc của coban.

Phát triển các công nghệ thay thế: Các công nghệ pin mới như pin thể rắn, pin natri-ion hay pin silicon đang được nghiên cứu nhằm giảm sự phụ thuộc vào kim loại quý hiếm như coban nhưng vẫn phải mất nhiều thời gian để thương mại hóa.

Cobalt là kim loại không thể thiếu trong quá trình chuyển đổi năng lượng và phát triển công nghệ hiện đại. Với vai trò chủ chốt trong pin lithium-ion, hợp kim siêu bền và ứng dụng y tế, coban đang trở thành “huyết mạch” của ngành công nghiệp xe điện và điện tử.

Tuy nhiên, đi kèm với tiềm năng kinh tế là các vấn đề lớn về đạo đức, môi trường và địa chính trị. Xây dựng chuỗi cung ứng coban minh bạch, bền vững và công bằng là một thách thức không chỉ đối với ngành mà còn trên toàn cầu.

Trong tương lai, ngoài việc mở rộng khai thác, đầu tư vào công nghệ tái chế, nhân loại còn cần đẩy mạnh nghiên cứu các vật liệu thay thế để đảm bảo an ninh năng lượng và công nghệ, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến xã hội và môi trường.