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

1. Giới thiệu chung

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

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

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

2. Tính chất vật lý và hóa học của Cobalt

Cobalt là một kim loại rắn, có màu xanh ánh bạc, nặng hơn sắt, và sở hữu một số đặc tính hóa học và vật lý đặc biệt:

• Tỷ trọng: khoảng 8.9 g/cm³.
• Nhiệt độ nóng chảy: 1.495°C – cao hơn nhiều so với các kim loại thông dụng.
• Tính từ: Cobalt là kim loại từ tính, cùng nhóm với sắt và nickel.
• Tính ổn định: Chống ăn mòn tốt trong môi trường khô, nhưng dễ bị oxy hóa trong điều kiện ẩm hoặc axit.

Trong tự nhiên, cobalt không tồn tại ở dạng nguyên chất mà thường đi kèm với các khoáng vật như cobaltite (CoAsS), erythrite (Co₃(AsO₄)₂·8H₂O), hoặc như sản phẩm phụ trong khai thác niken và đồng.

Cobalt là một kim loại rắn, có màu xanh ánh bạc

3. Ứng dụng công nghiệp của Cobalt

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

Pin lithium-ion: Hiện nay, pin lithium-ion là ứng dụng lớn nhất của cobalt, chiếm hơn 50% lượng cobalt tiêu thụ toàn cầu. Trong các loại pin như NMC (Nickel-Manganese-Cobalt) và NCA (Nickel-Cobalt-Aluminum), cobalt 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, và Volkswagen đều sử dụng loại pin này trong sản phẩm của mình.

Pin lithium-ion là ứng dụng lớn nhất của cobalt

Hợp kim chịu nhiệt: Cobalt được sử dụng trong các hợp kim siêu bền cho động cơ phản lực, tuabin khí và ngành hàng không vũ trụ. Các hợp kim Co-Cr hay Co-Ni đặc biệt chịu được nhiệt độ cao và môi trường oxy hóa khắc nghiệt.

Công nghiệp hóa chất và 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, cobalt cũng có mặt trong ngành sản xuất sơn, men gốm (tạo màu xanh cobalt) và mực in.

Ứng dụng tạo màu xanh cobalt trong sản xuất men gốm

Y học và công nghệ hạt nhân: Cobalt-60 là một đồng vị phóng xạ được dùng 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 quốc gia sản xuất cobalt hàng đầu

Chuỗi cung ứng cobalt toàn cầu phụ thuộc vào một số ít quốc gia, trong đó nổi bật là:

Tình trạng tập trung khai thác ở DRC khiến chuỗi cung ứng cobalt dễ tổn thương bởi 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

Ở DRC, hàng trăm ngàn 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. Những hình ảnh về trẻ em đào mỏ bằng tay không đã gây chấn động toàn cầu, buộc các công ty công nghệ phải rà soát chuỗi cung ứng.

5.2. Tác động môi trường

Khai thác và chế biến cobalt gây ô nhiễm nước, đất và không khí. Việc quản lý chất thải từ quặng (tailings) 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 dân cư.

5.3. Địa chính trị và an ninh chuỗi cung ứng

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

6. Tái chế và các giải pháp thay thế

6.1. Tái chế pin lithium-ion

Do cobalt đắt đỏ và khan hiếm, việc tái chế pin lithium-ion đã trở thành lĩnh vực nóng. Các công ty như Redwood Materials, Li-Cycle, hoặc Umicore đang dẫn đầu công nghệ tái chế để thu hồi cobalt, nickel, lithium từ pin đã qua sử dụng.

6.2. Giảm hoặc thay thế cobalt trong pin

Các nhà sản xuất pin đang phát triển công nghệ “low-cobalt” hoặc “cobalt-free”, chẳng hạn như:

• Pin LFP (Lithium Iron Phosphate): Không chứa cobalt, có chi phí thấp hơn và độ an toàn cao hơn.
• Pin LMNO, LNMO: Sử dụng cấu trúc spinel, hiệu suất cao mà không cần cobalt.

Tuy nhiên, đến hiện tại, pin có cobalt vẫn vượt trội về mật độ năng lượng – điều rất quan trọng với xe điện tầm xa.

7. Triển vọng thị trường và xu hướng tương lai

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

Chuyển dịch chuỗi cung ứng: Các nước như Mỹ, EU và Nhật Bản đang thúc đẩy “onshoring” – xây dựng chuỗi cung ứng cobalt trong nước, từ khai thác, tinh luyện đến tái chế. Chính phủ các nước cũng tăng cường quy định minh bạch và truy xuất nguồn gốc cobalt.

Phát triển công nghệ thay thế: Các công nghệ pin mới như solid-state battery, sodium-ion, hoặc pin silicon đang được nghiên cứu nhằm giảm sự phụ thuộc vào kim loại quý hiếm như cobalt, tuy nhiên còn cần nhiều thời gian để thương mại hóa.

Cobalt là một kim loại không thể thiếu trong quá trình chuyển đổi năng lượng và phát triển công nghệ hiện đại. Với vai trò then chốt trong pin lithium-ion, hợp kim siêu bền và ứng dụng y tế, cobalt đang trở thành "mạch máu" cho ngành xe điện và thiết bị điện tử.

Tuy nhiên, đi kèm với tiềm năng kinh tế là những vấn đề lớn về đạo đức, môi trường và địa chính trị. Việc xây dựng một chuỗi cung ứng cobalt minh bạch, bền vững và công bằng là thách thức không chỉ của riêng ngành công nghiệp, mà còn của toàn cầu.

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