Đất hiếm là nhóm gồm 17 nguyên tố có vai trò quan trọng trong sản xuất nam châm vĩnh cửu, động cơ xe điện, tuabin gió, thiết bị điện tử, pin và nhiều ứng dụng trong quốc phòng.

Điều đáng chú ý là Mỹ hiện vẫn phụ thuộc lớn vào nguồn đất hiếm nhập khẩu. Trong khi đó, hàng tỷ tấn tro than đang lưu trữ tại các bãi chứa trên khắp nước này nhưng chưa được tận dụng.

Tro than hình thành sau khi phần dễ cháy của than bị đốt đi, để lại các thành phần khoáng chất không bay hơi. Trong quá trình này, nhiều nguyên tố đất hiếm không bị đốt cháy mà tập trung lại trong phần tro.

Theo nghiên cứu, nồng độ đất hiếm trong tro than có thể cao hơn 4-10 lần so với than ban đầu. Điều này khiến tro than trở thành một nguồn nguyên liệu đáng chú ý, dù hàm lượng đất hiếm trong đó vẫn thấp hơn nhiều so với những mỏ quặng được khai thác thương mại.

Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp dữ liệu về lượng than được sử dụng, lượng tro tạo ra và cách thức xử lý tro tại Mỹ trong nhiều thập kỷ. Khoảng 70% lượng tro than được tạo ra trong giai đoạn 1985-2021 được cho là vẫn có khả năng tiếp cận, chủ yếu nằm trong các bãi chôn lấp, hồ chứa hoặc khu vực lưu trữ.

Tuy nhiên, không phải toàn bộ lượng đất hiếm này đều có thể lấy ra một cách dễ dàng. Khả năng thu hồi phụ thuộc vào nguồn gốc của than cũng như thành phần hóa học của tro.

Tro từ vùng Appalachian có hàm lượng đất hiếm tương đối cao, trung bình khoảng 431 mg/kg. Trong khi đó, tro từ lưu vực Powder River có hàm lượng thấp hơn, khoảng 264 mg/kg, nhưng lại dễ chiết xuất hơn, với tỷ lệ thu hồi ước tính khoảng 70%.

Theo nghiên cứu năm 2024, lượng đất hiếm có thể thu hồi từ tro than ở Mỹ có giá trị khoảng 8,4 tỷ USD. Nếu tính thêm yttrium và scandium, tổng giá trị này có thể tăng lên gần 100 tỷ USD.

Không chỉ Mỹ đang tìm cách tận dụng nguồn tài nguyên này. Nghiên cứu công bố năm 2025 cho thấy tro than trên toàn thế giới có thể chứa lượng đất hiếm đủ để cung cấp hơn 272.000 tấn mỗi năm nếu được khai thác hiệu quả. Con số này thậm chí vượt nhu cầu đất hiếm toàn cầu hiện nay, biến những bãi tro than thành một nguồn tài nguyên đáng chú ý.

Thách thức lớn nhất hiện nay nằm ở công nghệ và chi phí. Các phương pháp truyền thống để tách đất hiếm khỏi tro than thường cho hiệu suất thấp, đồng thời có thể tạo ra chất thải thứ cấp cần được xử lý.

Vì vậy, các nhà khoa học đang thử nghiệm nhiều cách khác nhau để tách đất hiếm khỏi tro than. Một số phương pháp dùng axit để hòa tan các nguyên tố này, trong khi những hướng khác sử dụng phản ứng điện hóa hoặc vi sinh vật. Thậm chí, có nhóm nghiên cứu tìm cách tận dụng những loài thực vật có khả năng hấp thụ và tích tụ đất hiếm trong mô để thu hồi chúng.

Tại Đại học Monash ở Australia, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp dùng axit để tách đất hiếm khỏi tro than và thu hồi được khoảng 90% lượng nguyên tố này trong các thử nghiệm ban đầu. Nếu công nghệ có thể được triển khai ở quy mô lớn với chi phí hợp lý, phương pháp này vừa giúp tận dụng nguồn đất hiếm sẵn có, vừa giảm lượng tro than phải đưa đi lưu trữ.