- Trong bối cảnh nhu cầu pin xe điện tăng cao, một nghiên cứu do USGS dẫn dắt ước tính rằng nước muối trong tầng địa chất Smackover ở tây nam Arkansas có thể chứa 5 triệu đến 19 triệu tấn lithium
- Nếu có thể thu hồi ở quy mô thương mại, lượng này đủ để đáp ứng hơn 9 lần dự báo nhu cầu lithium toàn cầu cho pin ô tô vào năm 2030
- Nhóm nghiên cứu đã kết hợp phân tích mẫu nước với machine learning để tạo bản đồ phân bố lithium, bao gồm cả những khu vực chưa có mẫu hiện hữu
- Con số lần này là đánh giá trữ lượng tại chỗ, và chưa đánh giá có thể thực sự thu hồi được bao nhiêu bằng các công nghệ chiết xuất lithium từ nước muối mới nhất
- Nếu có thể thu được lithium từ dòng chất thải nước muối phát sinh trong quá trình sản xuất dầu khí, điều này có thể tác động trực tiếp đến mức độ phụ thuộc nhập khẩu của Mỹ và các thảo luận về chuỗi cung ứng pin
Tiềm năng lithium của tầng Smackover ở Arkansas
- Nghiên cứu do USGS dẫn dắt ước tính rằng nước muối trong tầng địa chất Smackover dưới lòng đất ở tây nam Arkansas chứa 5 triệu đến 19 triệu tấn lithium
- Nếu có thể thu hồi thương mại, lượng này có thể đáp ứng hơn 9 lần dự báo nhu cầu lithium toàn cầu cho pin ô tô vào năm 2030
- USGS ước tính rằng chỉ riêng lượng lithium đi lên bề mặt cùng với dầu mỏ và dòng chất thải nước muối ở miền nam Arkansas cũng có thể đáp ứng mức tiêu thụ lithium hiện được ước tính của Mỹ
- Ngay cả mức ước tính thấp là 5 triệu tấn cũng vượt hơn 9 lần dự báo nhu cầu lithium toàn cầu cho xe điện vào năm 2030 của International Energy Agency
Phương pháp nghiên cứu và dữ liệu
- Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác giữa USGS và Office of the State Geologist thuộc Arkansas Department of Energy and Environment
- USGS Brine Research Instrumentation and Experimental lab đã phân tích các mẫu ở Arkansas và so sánh chúng với dữ liệu mẫu nước lịch sử thu được trong quá trình sản xuất hydrocarbon
- Dữ liệu từ USGS Produced Waters Database đã được sử dụng làm đối tượng so sánh
- Mô hình machine learning đã kết hợp nồng độ lithium trong nước muối với dữ liệu địa chất để tạo bản đồ dự đoán tổng nồng độ lithium trên toàn khu vực
- Các khu vực không có mẫu lithium cũng được đưa vào phạm vi dự đoán
- Kết quả nghiên cứu đã được đăng trên Science Advances, và bài báo có thể xem tại https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8149
Bối cảnh địa chất và giới hạn về khả năng thu hồi
- Tầng Smackover là dấu tích của một vùng biển cổ, với đơn vị địa chất đá vôi có độ rỗng và độ thấm cao trải dài dưới một phần Arkansas, Louisiana, Texas, Alabama, Mississippi và Florida
- Tầng này được hình thành trong kỷ Jura và được biết đến với các mỏ dầu và brom
- Gần đây, nó cũng thu hút chú ý nhờ tiềm năng lithium trong nước muối có độ mặn cao liên quan đến các tầng trầm tích muối sâu
- Ước tính lần này là phép tính đầu tiên về tổng lượng lithium hòa tan tồn tại trong tầng Smackover ở tây nam Arkansas
- Nhà nghiên cứu Katherine Knierim cho biết con số này là đánh giá trữ lượng tại chỗ, và chưa ước tính lượng có thể thu hồi về mặt kỹ thuật bằng các phương pháp mới nhất để chiết xuất lithium từ nước muối
Nguồn cung lithium của Mỹ và bối cảnh khoáng sản quan trọng
- Lithium là khoáng sản quan trọng thiết yếu cho sản xuất pin, và nhu cầu được dự báo sẽ tiếp tục tăng khi quá trình chuyển đổi sang xe điện và xe hybrid được đẩy mạnh
- Mỹ phụ thuộc vào nhập khẩu hơn 25% lượng lithium
- David Applegate, USGS Director, cho biết lithium là khoáng sản cốt lõi của quá trình chuyển đổi năng lượng, và việc mở rộng sản xuất trong nước của Mỹ có ý nghĩa đối với thay thế nhập khẩu, việc làm, sản xuất và khả năng chống chịu của chuỗi cung ứng
- Từ năm 1879, USGS đã cung cấp thông tin khoa học về địa chất, năng lượng và tài nguyên khoáng sản, đồng thời theo dõi sản xuất, nhu cầu và nhập khẩu lithium của Mỹ như một phần trong vai trò duy trì List of Critical Minerals ở cấp chính phủ theo Energy Act of 2020
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Nếu xem phần phương pháp luận của bài báo, có thêm một chút thông tin về thuật toán học máy nào đã được dùng
Họ cho biết đã xây dựng một mô hình học máy RF để dự đoán nồng độ lithium trong nước muối của Smackover Formation trên khắp miền nam Arkansas; gắn các biến giải thích vào mẫu nước muối lấy từ giếng; tinh chỉnh RF để dự đoán ở cấp giếng và đánh giá hiệu năng; sau đó tạo bản đồ nồng độ lithium liên tục theo không gian trên toàn đơn vị Reynolds oolite của Smackover Formation, đồng thời xem xét tầm quan trọng và tác động của các biến
Ở giai đoạn tinh chỉnh ban đầu, họ thử XGBoost, k-láng giềng gần nhất và rừng ngẫu nhiên bằng framework tidymodels của R; rừng ngẫu nhiên được dùng cho mô hình cuối cùng vì liên tục cho độ chính xác cao hơn và độ lệch thấp hơn. Nếu tinh chỉnh đúng cách thì tôi nghĩ XGBoost cũng sẽ cho kết quả tương tự, nên việc rừng ngẫu nhiên cho kết quả tốt hơn là khá thú vị
Trong lĩnh vực này, do lịch sử lâu dài và các siêu tham số như tính dị hướng không gian, kriging/co-kriging, tức các quá trình Gaussian, được dùng phổ biến hơn. Nhưng kriging khá khó xử lý đầu vào không liên tục, còn rừng ngẫu nhiên thì dễ dãi hơn nhiều. Không cần xây dựng mô hình hiệp phương sai cho các giá trị rời rạc hay mô hình hiệp phương sai cho quan hệ giữa các biến đầu vào
Vài ngày trước cũng đã có thảo luận về "Why do Random Forests Work? Understanding Tree Ensembles as Self-Regularizing Adaptive Smoothers"
https://arxiv.org/abs/2402.01502
https://news.ycombinator.com/item?id=41873968
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_forest
Dù vậy, trên thực tế ngay cả với dữ liệu nhỏ và nhiều nhiễu, thường có vẻ vẫn có xu hướng như thế. Nếu được tinh chỉnh tốt hơn, tôi nghĩ XGBoost vẫn sẽ thắng. Trong bài báo có nói các tác giả chọn một bộ siêu tham số không tối ưu vì lo ngại overfitting; với cùng logic đó, có thể họ cũng đã chọn một loại mô hình không tối ưu
Nevada cũng có mỏ lithium lớn và đang được chuẩn bị khai thác
General Motors đã đầu tư 650 triệu USD để có quyền tiếp cận được bảo đảm đối với sản lượng từ Thacker Mine. Nơi này nằm trong một hõm chảo núi mà I-80 phải đi vòng qua khi chạy ngang Winnemuca, Nevada; thị trấn gần nhất là Mill City, NV, nơi dù nằm cạnh I-80 và một tuyến đường sắt chính vẫn được liệt kê là thị trấn ma
Khu mỏ cách Mill City khoảng 12 km theo một con đường đất không xuất hiện trên Google Street View. Trên Google Earth có dấu vết phát triển gần Mill City, trông giống một khu nhà di động và trạm dừng xe tải. Con đường dẫn vào mỏ có vẻ mới được san gạt gần đây, nhưng tại khu mỏ thì vẫn chưa có gì
Xét làm địa điểm đặt mỏ thì ổn. Trong bán kính ít nhất 10 km không có hàng xóm, và trong vòng 15 km có đường tốt cùng khả năng tiếp cận đường sắt
https://en.wikipedia.org/wiki/Thacker_Pass_lithium_mine
"Muốn chặn cát dầu thì phải thực sự chặn cát dầu, chứ không phải cho nổ tung một ngọn núi ở nơi khác rồi hy vọng điều đó sẽ dẫn đến hồi kết của cát dầu"
https://maxwilbert.substack.com/p/the-long-shadow-of-the-tar-sands
Nếu tìm Thacker Mine trên Google Maps thì ra tọa độ 40.58448942010599, -117.8912129833345, đúng như đã nói là gần I-80 và Mill City, và chẳng có gì ở đó. Nhưng Wikipedia lại ghi là 41.70850912415866, -118.05475061324945 trong McDermitt Caldera, hoàn toàn không gần Mill City hay I-80. Trường hợp này có lẽ tốt hơn là không nên tin Google
Trong ngắn hạn, đây có thể là thành quả tốt cho hạ tầng năng lượng, nhưng nếu cái giá phải trả để lấy nguyên liệu là đào xới những vùng đất rộng lớn thì tôi luôn thấy khó nghĩ
Cũng thú vị là họ đã có thể mô hình hóa được bao nhiêu phần dựa trên dữ liệu nước muối thải từ các ngành công nghiệp khác trong khu vực này; và nếu thực sự khai thác lithium, việc dự đoán bằng học máy có đúng hay không sẽ cho thấy rất nhiều điều
Phần tôi chưa nắm được do thời gian đọc bài báo gốc có hạn là cần phương pháp nào để khai thác phần lớn trữ lượng dự kiến. Nếu xử lý nước muối là đủ, có thể việc kiểm soát ngoại tác sẽ dễ hơn so với việc trước hết bóc toàn bộ tầng phủ bằng khai thác lộ thiên
Vì vậy, nếu chuyển sang năng lượng tái tạo và pin, tổng lượng khai thác ròng thậm chí có thể giảm. Tất nhiên, khai thác lithium một cách sạch và có trách nhiệm là quan trọng, đặc biệt khi gần nơi người dân sinh sống. Nhưng so với những vật chất khác vốn đang được khai thác ở quy mô lớn hơn rất nhiều, thì dù sau này có khai thác bao nhiêu lithium cũng chỉ như giọt nước trong biển cả
Hơn nữa, lithium đã khai thác có thể được dùng đi dùng lại và tái chế. Một khi đã đi vào vòng tuần hoàn, nó sẽ tiếp tục được tái sử dụng. Nếu tính cả cải tiến công nghệ pin và quy trình sản xuất, lượng hiện đang trong vòng tuần hoàn nhiều khả năng khi được tái chế về sau sẽ gánh được dung lượng pin lớn hơn. Ngay cả khi tính đến tổn thất không thể tránh khỏi trong quá trình tái chế cũng vậy
Quy trình tái chế lithium hiện đã hoạt động tốt, chỉ là phần lớn pin lithium đang được dùng hiện nay còn rất mới và còn lâu mới tới thời điểm tái chế, nên tái chế quy mô lớn hầu như chưa diễn ra. Thậm chí do tuổi thọ pin được cải thiện, thời điểm cần tái chế quy mô lớn ngày càng bị đẩy lùi
Phương thức khai thác phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của mỏ, đó là nước muối hay dạng khác, và có những chất nào khác. Nước muối, thành phần đá, đất sét... có chứa lithium với hàm lượng nhỏ rất đa dạng
Đây là khai thác nước muối, tức “mỏ” về cơ bản là một giếng nước sâu. Lithium không nằm trong bản thân đá vôi, mà được cô đặc tương đối trong nước ở các lỗ rỗng của đá vôi
Trong hầu hết trường hợp, quá trình sản xuất dầu khí hiện có đã khai thác nước muối từ Smackover Formation, nhưng sau khi tách dầu thì lại bơm nước muối trở xuống. Ý tưởng là tốt hơn nên giữ lượng nước muối đó lại, cho bay hơi và dùng để sản xuất lithium
Nói chung vẫn cần các hồ bay hơi lớn, nhưng đó không phải khai thác lộ thiên
Tôi tò mò liệu bạn có cảm thấy nỗi sợ tương tự với nhôm, sắt, nước rửa chén, muối ăn không. Xét về quy mô, tất cả các mỏ lithium hiện có và được đề xuất đều rất nhỏ theo chuẩn mỏ
Tôi không biết lithium có thực sự hiếm đến mức quan trọng ngay từ đầu không. Tôi từng đọc rằng Salton Sea cũng có thể có đủ lithium để cung cấp nhu cầu trong vài năm
Theo quan sát, điều quan trọng không phải là có lithium hay không, mà là làm thế nào để biến nó thành sản phẩm thương mại với chi phí rẻ. Với hầu hết mục đích, cuối cùng thường quy về khai thác ở nơi không có quy định môi trường
Tôi làm trong ngành này, chính xác hơn là mảng khai thác đá cứng
Bản thân nguồn cung lithium không phải vấn đề. Ở Australia có rất nhiều, và thị trường còn dư cung. Chỉ cần nhìn giá lithium hiện nay là thấy
Vấn đề là công đoạn chuyển hóa. Phần lớn nhà máy nằm ở Trung Quốc. Nếu xây các cơ sở tinh chế để chuyển thành lithium carbonate, Australia sẽ cung ứng đủ
Với lượng khoáng sản và ánh nắng nhiều như vậy, đó là một sự kết hợp tuyệt vời. Cảm ơn Saul Griffith
Tôi hy vọng việc khai thác sẽ không diễn ra ở Mobile Basin. Đó là một trong những hệ sinh thái có đa dạng sinh học cao nhất Bắc Mỹ
https://www.youtube.com/watch?v=8j9coyJeB4Q
Việc tái trồng rừng trên toàn cầu gần như hoàn toàn là kết quả của việc các hộ gia đình trong thế kỷ 20 chuyển từ củi sang than
Đã đến lúc nhận ra Pax Americana là một thời đại mà chúng ta có thể đánh mất, và bắt đầu khai thác, phát triển trở lại
À, tự tương quan không gian, người bạn cũ
Đây là một công trình rất tốt, nhưng thông thường các mô hình tiềm năng không được xây theo cách này. Chính xác hơn là ngày nay không được kiểm chứng theo cách này. Dù vậy, thật vui khi thấy USGS bắt đầu nhúng chân trở lại vào lĩnh vực này. USGS và GSC từng dẫn đầu lĩnh vực này trong thời gian dài, nhưng 5–7 năm qua thì đã buông xuống
Nếu lithium được phát hiện nhiều đến mức về cơ bản trở thành miễn phí, chi phí pin có giảm mạnh không? Hiện nguồn cung lithium có đang hạn chế sản xuất không?
China dẫn đầu trong lĩnh vực này không phải vì nguồn cung dồi dào hay công nghệ quá vượt trội, mà vì họ sẵn sàng hoàn toàn phớt lờ các ngoại tác môi trường, bao gồm cả ngoại tác từ việc phát điện dùng trong toàn bộ quy trình. Vì vậy giá lithium của Trung Quốc thấp, còn những nước không có “lợi thế” tương tự hoặc công nghệ mới ấn tượng thì về cơ bản rất khó cạnh tranh.
Ở Mỹ, các quy định môi trường, chi phí sản xuất điện và chi phí nhân công đều sẽ đẩy giá thành sản phẩm cuối lên, khiến nó hoàn toàn không có sức cạnh tranh. Vì thế Mỹ và một số quốc gia đang đầu tư vào các cách khác để tìm lithium và những thứ tương tự dưới đáy biển, với hy vọng chi phí khai thác sẽ thấp hơn. Tất nhiên có lo ngại về mối đe dọa đối với môi trường đáy biển, và nếu điều đó dẫn đến quy định mới thì giá có thể lại tăng lên.
Bằng chứng là hiện trên thị trường đã có pin natri-ion, nhưng dù phần lớn dùng cùng hạ tầng, chúng vẫn chưa cạnh tranh được về giá. Chúng có tiềm năng. Một ưu điểm quan trọng là pin natri-ion có thể được xả an toàn về 0V để lưu kho/vận chuyển.
Đừng quên chi phí vận chuyển, lưu kho và tinh chế.
Thành thật mà nói, vấn đề năng lượng gần như đã là một bài toán được giải bằng công nghệ hiện có. Chúng ta chỉ cần tăng tốc độ áp dụng để đẩy lùi mạnh mẽ nhiên liệu hóa thạch. Cứ xem Đức là ngoại lệ. Uranium cũng đã có trữ lượng lớn, mà lượng cần để vận hành nhà máy điện lại ít; chúng ta cũng có công nghệ pin lithium để lưu trữ điện, và các tấm pin mặt trời để lấp khoảng trống cũng đang được sản xuất và triển khai hàng loạt. Điều cần làm là kết nối các điểm này lại và khiến các nguồn lực vận hành ăn khớp với nhau.
Bài liên quan
https://news.ycombinator.com/item?id=41910918
https://news.ycombinator.com/item?id=41907144
Ở Canada cũng từng có công việc tương tự: https://www.juniorminingnetwork.com/junior-miner-news/press-releases/1940-tsx-venture/lmr/106571-bourier-lithium-project-update-lomiko-metals-and-critical-elements-report-discoveries-and-identify-lithium-targets-for-exploration-using-goldspot-discoveries-artificial-intelligence-methods.html