Nhu cầu về khoáng sản, kim loại và vật liệu quan trọng cho các công nghệ năng lượng tái tạo đang gia tăng nhanh chóng, gây lo ngại về sự thiếu hụt nguồn cung nghiêm trọng trong tương lai.

Tăng trưởng nhu cầu và áp lực nguồn cung

Theo dự báo, nhu cầu vật liệu toàn cầu sẽ tăng 30% vào năm 2050, chủ yếu do sự gia tăng dân số, đô thị hóa và nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng. Nhu cầu cao đối với các loại vật liệu truyền thống như xi măng, gỗ, sắt và thép sẽ đạt mức cao nhất, phục vụ cho hoạt động xây dựng. Tuy nhiên, điều đáng lưu ý là nhu cầu vật liệu không chỉ nằm ở các lĩnh vực truyền thống mà còn ở những khía cạnh hoàn toàn mới, như chuyển đổi năng lượng và dịch chuyển nền kinh tế theo hướng giảm phát thải carbon.

Trong bối cảnh này, các công nghệ năng lượng tái tạo như tuabin gió, tấm quang năng và pin lưu trữ năng lượng đang trở thành những yếu tố quan trọng. Nhu cầu vật liệu cho các công nghệ này đã tăng vọt trong thập kỷ qua và dự kiến sẽ tiếp tục gia tăng đáng kể trong những năm tới. Báo cáo của Rystad Energy chỉ ra rằng nhu cầu vật liệu cho các công nghệ năng lượng tái tạo đã đạt 72 triệu tấn vào năm 2022 và dự kiến sẽ tăng gấp bốn lần vào năm 2050, đạt hơn 300 triệu tấn, có thể vượt mốc 400 triệu tấn nếu quá trình chuyển đổi năng lượng tiến triển với tốc độ nhanh.

Áp lực lên các chuỗi cung ứng và sự thiếu hụt nguyên liệu

Mặc dù một số vật liệu như sắt thép, thủy tinh và xi măng có chuỗi cung ứng trưởng thành, sự chuyển đổi năng lượng còn đòi hỏi phải mở rộng đáng kể các chuỗi giá trị liên quan đến một số kim loại cụ thể. Lithium, niken và cobalt là những ví dụ điển hình. Công nghệ pin thương mại hiện nay chủ yếu dựa trên lithium-ion, nên nhu cầu về lithium đang tăng cao. Bên cạnh đó, công nghệ cực âm pin nickel-manganese-cobalt (NMC) dự kiến sẽ chín muồi trong thập kỷ tới, dẫn đến nhu cầu toàn cầu về niken và cobalt cũng sẽ gia tăng.

Các kim loại khác như đồng và nhôm cũng đang gặp phải vấn đề tương tự. Để hỗ trợ cơ sở hạ tầng năng lượng ngày càng mở rộng, hệ thống lưới điện toàn cầu dự kiến sẽ đạt 167 triệu km vào năm 2050, đòi hỏi rất nhiều kim loại nhôm và đồng. Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) cũng tạo ra nhu cầu lớn hơn về điện năng, và do đó, cần nhiều đồng hơn để làm dây dẫn. Tuy nhiên, đồng hiện đang bị thiếu hụt nghiêm trọng, mặc dù nhôm có thể thay thế đồng trong một số ứng dụng nhờ trọng lượng nhẹ hơn và chi phí thấp hơn.

Cần thiết kế lại chuỗi cung ứng và phát triển vật liệu thay thế

Để đối phó với sự thiếu hụt nguyên liệu và đảm bảo quá trình chuyển đổi năng lượng không gặp cản trở, cần phải có những biện pháp quản lý chuỗi cung ứng hiệu quả và phát triển các vật liệu thay thế. Các mục tiêu khí hậu ngày càng táo bạo đang hướng đến việc thay đổi chuỗi cung ứng vật liệu toàn cầu theo cách khác, nhằm làm cho vật liệu hoạt động hiệu quả hơn, chuyển sang dùng các vật liệu có cường độ năng lượng và phát thải thấp hơn, hoặc tái sử dụng vật liệu nhiều lần hơn.

Chẳng hạn, khi các tuabin gió trở nên lớn hơn với kích cỡ cánh quạt lên tới 75-100m, việc sử dụng các vật liệu tiên tiến như polymer nhiệt rắn, sợi thủy tinh và sợi carbon đã giúp giảm trọng lượng cánh quạt và giảm chỉ số tác động môi trường trên mỗi kWh công suất lắp đặt. Trong ngành xây dựng, các loại polymer gia cố sợi thủy tinh (GFRP) có thể thay thế thanh cốt thép, kéo dài tuổi thọ của kết cấu bê tông và giảm lượng khí thải liên quan đến quá trình lắp đặt, bảo trì và thay thế. Bê tông thay thế làm bằng polymer cũng nhẹ hơn 75% so với bê tông truyền thống và phát thải ít hơn 72,5kg CO2 mỗi tấn so với bê tông thông thường trong quá trình sản xuất.

Trong ngành công nghiệp ô tô, các dự án thí điểm cho thấy vật liệu polypropylene có thể được sử dụng để thay thế thép trong một số kết cấu, giúp giảm gần một nửa trọng lượng ô tô và cải thiện 35% hiệu quả nhiên liệu. Thay thế 20% sản lượng thép thô toàn cầu bằng polypropylene có thể giảm gần 595 triệu tấn CO2, tương đương với lượng khí thải hằng năm của nước Đức.

Chuyển đổi sang nền kinh tế xanh không chỉ là một xu hướng toàn cầu mà còn là một thách thức lớn đối với chuỗi cung ứng vật liệu. Để đảm bảo quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra suôn sẻ và bền vững, cần phải có sự hợp tác quốc tế và các chiến lược toàn cầu nhằm phát triển và quản lý nguồn cung vật liệu hiệu quả. Việc cân nhắc đến tác động môi trường và hiệu quả của các vật liệu sẽ là yếu tố quyết định để đạt được mục tiêu phát triển bền vững. Chỉ bằng cách này, chúng ta mới có thể đảm bảo rằng nguồn cung vật liệu sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao trong quá trình chuyển đổi năng lượng xanh và bảo vệ môi trường cho các thế hệ tương lai.