Robot cá có thể “ăn” lithium từ đại dương: Khai thác pin tương lai sẽ không cần đào mỏ?

Một đàn “cá” siêu nhỏ bơi trong nước biển, chủ động tìm và giữ lại các ion lithium rồi được thu hồi bằng từ trường nghe giống một ý tưởng khoa học viễn tưởng. Nhưng đó chính là hướng nghiên cứu mà các kỹ sư tại Texas A&M University đang theo đuổi với mục tiêu khai thác nguồn lithium khổng lồ hòa tan trong đại dương.

Dự án được Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) hỗ trợ 1 triệu USD và do nhóm của Dr. Shiren Wang cùng Dr. Jingjing (Jenny) Qiu dẫn dắt. Công nghệ sử dụng các micro/nanorobot có khả năng di chuyển trong nước khi được kích hoạt bởi tác động bên ngoài như ánh sáng, đồng thời mang vật liệu có thể thu giữ ion lithium. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, các hạt robot có thể được thu hồi bằng từ trường.

Ý tưởng hấp dẫn ở chỗ nó đảo ngược cách chúng ta hình dung về khai khoáng: thay vì đào đất, nghiền đá hoặc bơm nước muối từ lòng đất lên bề mặt, những “robot cá” sẽ di chuyển ngay trong môi trường chứa khoáng chất và thu lithium trực tiếp từ nước biển. Tuy nhiên, câu hỏi quan trọng hơn là: công nghệ này đã đủ khả năng thay thế mỏ lithium hay chưa?

Robot cá “ăn” lithium thực chất là gì?

Cụm từ “robot cá” dễ khiến người đọc hình dung một thiết bị cơ khí có vây và đuôi. Trong nghiên cứu của Texas A&M, khái niệm này chính xác hơn là các micro/nanorobot mô phỏng chuyển động của sinh vật bơi. Chúng được tạo từ các vật liệu có thể phản ứng với tác động bên ngoài, nhờ đó di chuyển trong nước thay vì nằm cố định như một màng lọc hay cột hấp phụ.

Điểm mới nằm ở tính chủ động. Phần lớn hệ thống tách lithium hiện nay đưa nước qua một vật liệu hoặc màng chọn lọc. Với micro/nanorobot, vật liệu hấp phụ có thể tự di chuyển trong môi trường nước, tăng khả năng tiếp xúc với ion lithium và về lý thuyết giúp quá trình thu hồi linh hoạt hơn.

Theo Texas A&M, các robot siêu nhỏ có thể được kích hoạt bằng ánh sáng và sau đó thu hồi bằng từ trường. Nhóm nghiên cứu đang tập trung cải thiện khả năng vận động, hiệu suất thu lithium, độ bền trong môi trường biển, khả năng tái sử dụng và phương án mở rộng lên hệ thống trình diễn lớn hơn.

Vì sao đại dương lại hấp dẫn với ngành lithium?

Lithium là nguyên liệu quan trọng cho pin lithium-ion dùng trong xe điện, điện tử tiêu dùng và hệ thống lưu trữ năng lượng. Phần lớn nguồn cung hiện nay đến từ quặng đá cứng hoặc nước muối đậm đặc trong các hồ muối và tầng nước ngầm.

Trong khi đó, nước biển chứa một lượng lithium tổng cộng rất lớn. Một nghiên cứu đăng trên Nature Communications năm 2026 ước tính đại dương có khoảng 230 tỷ tấn lithium. Vấn đề là nồng độ cực thấp, chỉ khoảng 0,17-0,18 mg lithium trên mỗi lít nước biển.

Điều đó tạo ra nghịch lý: tài nguyên rất nhiều nhưng phân tán quá loãng. Để thu được một lượng lithium đáng kể, hệ thống phải xử lý khối lượng nước khổng lồ, đồng thời tách lithium khỏi vô số ion khác có nồng độ cao hơn nhiều như natri, magiê, kali và canxi.

Thách thức lớn nhất không phải tìm lithium, mà là chọn đúng lithium

Nước biển không phải một dung dịch chỉ chứa lithium. Natri và magiê áp đảo về nồng độ, khiến vật liệu hấp phụ rất dễ “bắt nhầm” các ion khác. Vì vậy, một hệ thống khai thác lithium từ biển chỉ thực sự hữu ích nếu có độ chọn lọc cao, tiêu tốn ít năng lượng và có thể tái sử dụng nhiều lần.

Texas A&M thừa nhận đây là một trong những trở ngại chính của dự án. Nhóm phải phát triển vật liệu đủ thông minh để ưu tiên lithium, đồng thời giữ được khả năng vận động và độ bền trong môi trường nước biển phức tạp.

Ngoài tính chọn lọc, còn có các vấn đề thực tế như ăn mòn, bám sinh học, thất thoát hạt vật liệu, chi phí thu hồi robot và tác động đối với hệ sinh thái nếu triển khai ở quy mô lớn. Một công nghệ “không đào mỏ” chưa chắc tự động đồng nghĩa với “không có tác động môi trường”.

Robot cá có phải công nghệ đầu tiên khai thác lithium từ nước biển?

Không. Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đang theo đuổi các phương pháp Direct Lithium Extraction (DLE) và những hệ thống điện hóa để tách lithium trực tiếp khỏi nước biển hoặc nước muối loãng.

Chẳng hạn, một nghiên cứu công bố trên Nature Communications vào tháng 5/2026 đã trình diễn một hệ thống điện hóa có thể nâng nồng độ lithium từ nước biển khoảng 0,183 mg/L lên hơn 300 mg/L trong dung dịch thu hồi. Hệ thống đồng thời giảm mạnh tỷ lệ magiê/lithium và tạo hydro như một sản phẩm phụ.

Một nghiên cứu khác công bố tháng 6/2026 mô tả quy trình bioelectrochemical sử dụng vi khuẩn Shewanella oneidensis kết hợp vật liệu mangan oxit để thu hồi lithium. Kết quả trong điều kiện thử nghiệm cho thấy khả năng thu lithium nhanh và độ chọn lọc cao.

Những ví dụ này cho thấy cuộc đua lấy lithium từ nguồn nước loãng đã chuyển từ ý tưởng lý thuyết sang nhiều nguyên mẫu có kết quả đáng chú ý. Robot cá của Texas A&M là một nhánh khác trong cùng xu hướng: thay vì chỉ cải thiện màng hay điện cực, nhóm đưa tính cơ động vào vật liệu thu hồi.

Vì sao robot di động có thể có lợi thế?

Trong hệ thống lọc cố định, hiệu suất phụ thuộc vào việc bơm nước qua bề mặt vật liệu. Điều đó cần đường ống, máy bơm, bể chứa và hạ tầng tương đối lớn. Micro/nanorobot có thể mở ra cách tiếp cận khác: vật liệu thu hồi tự di chuyển trong nước để tăng tiếp xúc với lithium.

Nếu khả năng điều khiển và thu hồi đủ tốt, robot di động có thể phù hợp với những hệ thống mô-đun, hoạt động liên tục và ít phụ thuộc hơn vào hạ tầng cố định. Đây chính là lý do nhóm Texas A&M nhấn mạnh tiềm năng giảm “dấu chân hạ tầng” so với các phương pháp khai thác truyền thống.

Tuy nhiên, lợi thế lý thuyết phải được chứng minh bằng các chỉ số thực tế: mỗi gram vật liệu thu được bao nhiêu lithium, cần bao nhiêu năng lượng để kích hoạt, tỷ lệ robot được thu hồi là bao nhiêu, vật liệu tồn tại bao lâu, và tổng chi phí trên mỗi kilogram lithium cuối cùng là bao nhiêu.

Liệu tương lai pin có thể không cần đào mỏ?

Ở thời điểm hiện tại, câu trả lời là chưa. Dự án robot cá vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Texas A&M mới đặt mục tiêu tối ưu hiệu suất, kiểm tra khả năng tái sử dụng, đánh giá tác động môi trường và tiến tới các hệ thống trình diễn lớn hơn.

Ngay cả khi công nghệ thành công, khai thác lithium từ đại dương nhiều khả năng sẽ bổ sung cho nguồn cung từ mỏ và nước muối trên đất liền trước khi có thể thay thế đáng kể chúng. Nhu cầu pin tăng nhanh, trong khi mỗi phương pháp khai thác có lợi thế riêng về địa chất, chi phí, năng lượng và hạ tầng.

Một kịch bản thực tế hơn là ngành lithium tương lai sẽ kết hợp nhiều nguồn: quặng đá cứng, hồ muối, nước địa nhiệt, nước thải công nghiệp, nước muối từ nhà máy khử mặn, pin tái chế và cuối cùng có thể là nước biển.

Nước thải khử mặn có thể là bước đệm hợp lý hơn đại dương mở

Một hướng được các nhà nghiên cứu quan tâm là khai thác lithium từ dòng nước muối cô đặc sau quá trình khử mặn. So với nước biển ban đầu, dòng thải này đã được cô đặc sẵn, đồng thời được thu gom trong một hệ thống công nghiệp có đường ống và bơm.

Điều đó có thể giúp giảm một phần chi phí xử lý khối lượng nước quá lớn. Các công nghệ robot, màng chọn lọc hoặc điện hóa có thể được triển khai trong môi trường kiểm soát tốt hơn thay vì thả trực tiếp vào đại dương.

Nếu các micro/nanorobot có thể hoạt động trong bể xử lý hoặc dòng nước muối công nghiệp rồi được thu hồi gần như hoàn toàn bằng từ trường, đây có thể là con đường thương mại hóa thuyết phục hơn so với viễn cảnh hàng tỷ robot tự do bơi ngoài biển.

Bài toán môi trường vẫn cần được trả lời

“Không đào mỏ” là một ưu điểm đáng chú ý, nhưng không nên được hiểu thành “không có rủi ro môi trường”. Với micro/nanorobot, một câu hỏi quan trọng là điều gì xảy ra nếu vật liệu không được thu hồi hoàn toàn.

Nhóm Texas A&M cho biết đánh giá tác động môi trường sẽ là một phần của quá trình phát triển. Độ bền của vật liệu, nguy cơ phân rã, khả năng tích tụ trong sinh vật biển và hiệu quả thu hồi bằng từ trường đều phải được kiểm chứng trước khi nghĩ tới triển khai ngoài môi trường tự nhiên.

Ngoài ra, bất kỳ công nghệ tách lithium nào cũng cần tính đến toàn bộ vòng đời: chế tạo vật liệu, năng lượng vận hành, hóa chất sử dụng, xử lý sản phẩm sau hấp phụ và tái chế chính các thiết bị thu hồi.

Điều đáng chú ý nhất: khai khoáng đang dần trở thành bài toán vật liệu và robot

Dù robot cá chưa thể khiến các mỏ lithium biến mất, dự án cho thấy một xu hướng quan trọng: khai khoáng thế hệ mới đang ngày càng giống kỹ thuật hóa học, khoa học vật liệu và robot hơn là hình ảnh máy xúc đào đất truyền thống.

Thay vì chỉ hỏi “mỏ nằm ở đâu?”, các nhà nghiên cứu đang đặt câu hỏi “ion cần tìm nằm trong dòng nước nào?” và “vật liệu nào có thể bắt đúng ion đó với chi phí thấp nhất?”. Khi các công nghệ lọc chọn lọc, điện hóa, robot mềm và tái chế pin cùng tiến bộ, nguồn cung khoáng sản cho ngành năng lượng có thể trở nên đa dạng hơn.

Với lithium trong nước biển, tài nguyên không phải vấn đề lớn nhất. Bài toán thực sự là kinh tế, năng lượng, tính chọn lọc và môi trường. Robot cá của Texas A&M là một ý tưởng sáng tạo để giải bài toán đó, nhưng vẫn cần nhiều bước từ phòng thí nghiệm đến nhà máy.

Kết luận

Robot cá “ăn” lithium từ đại dương không phải chuyện viễn tưởng hoàn toàn. Texas A&M đang phát triển micro/nanorobot có thể di chuyển trong nước biển, thu giữ lithium và được thu hồi bằng từ trường, với sự hỗ trợ 1 triệu USD từ DOE.

Tuy vậy, công nghệ hiện chưa đủ cơ sở để khẳng định tương lai khai thác lithium sẽ không cần đào mỏ. Nồng độ lithium trong nước biển quá thấp, khả năng tách khỏi các ion cạnh tranh rất khó, và các câu hỏi về chi phí, độ bền, quy mô cũng như tác động sinh thái vẫn chưa có lời giải cuối cùng.

Giá trị lớn nhất của nghiên cứu lúc này là mở ra một hướng khai thác mới: thay vì đưa hàng triệu tấn đất đá tới nhà máy, tương lai có thể đưa những vật liệu thông minh tới nơi các ion khoáng sản đang tồn tại. Nếu hướng tiếp cận đó được chứng minh ở quy mô công nghiệp, “khai mỏ” có thể mang một hình hài rất khác trong vài thập kỷ tới.

Nguồn tham khảo

• Texas A&M Engineering, “Texas A&M engineers develop lithium-harvesting nanorobots”, 27/7/2026.
• Nature Communications, “Energy-Efficient Seawater Lithium Extraction via a Reversible Redox-Hydrogen Coupled System”, 2/5/2026.
• Nature Communications, “Electrode-free bioelectrochemical intercalation for scalable lithium recovery”, 29/6/2026.