Rhodium – Bí ẩn vật liệu đắt nhất trên ôtô

 Thứ kim loại quý hiếm và đắt nhất thế giới này hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.

Nhiều người tin rằng vàng là kim loại quý hiếm nhất, đắt nhất thế giới. Thế nhưng, điều này không chính xác. Thực tế, có một kim loại quý hiếm hơn cả vàng và cũng là loại đắt tiền nhất thế giới, đó chính là rhodium.

Giá của các kim loại không giống nhau, tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng tiếp cận. Do tính linh hoạt, khả năng dẫn điện, độ bền và vẻ ngoài đẹp mắt, vàng nằm trong số những kim loại đắt nhất thế giới.

Giá vàng hiện là khoảng 1.850 USD/ounce, nhưng vẫn rất rẻ so với rhodium. Hiện là kim loại quý đắt nhất và là một trong những kim loại hiếm nhất, giá mỗi ounce rhodium ở mức khoảng 10.300 USD.

Rhodium là một kim loại màu trắng bạc thuộc họ bạch kim. Nó có chất lượng phản chiếu cao (lên tới 80% ánh sáng) và không bị xỉn màu. Rhodium không gây dị ứng, cứng hơn vàng và cực kỳ bền. Cái tên của nó bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp "rhodon", có nghĩa là màu hoa hồng.

Sở hữu vẻ ngoài màu trắng bạc, trông giống bạc nhưng rhodium rất cứng, có nhiệt độ nóng chảy và khả năng chống ăn mòn cao. Rhodium không dễ phản ứng với oxy, khiến nó trở thành kim loại quý và là chất xúc tác lý tưởng, chống lại cả sự ăn mòn và oxy hóa. Với độ cứng tổng thể và điểm nóng chảy cao 1.964 độ C, rhodium thuộc nhóm bạch kim cùng với các kim loại bạch kim, palladium, osmium, iridium, và ruthenium. Khả năng chịu được nhiệt độ nước và không khí lên tới 600 độ C, đồng thời không tan trong đa số axit khiến rhodium rất hữu dụng cho ôtô, máy bay, công tắc điện, dây điện trở và cặp nhiệt điện nhiệt độ cao.

Rhodium không gây dị ứng, cứng hơn vàng và cực kỳ bền. Là một kim loại quý nên nguồn tài nguyên rhodium trên trái đất tương đối ít so với các kim loại khác. Rhodium hiện diện với mật độ khoảng 0,000037 ppm (1 ppm = 1 milligram/kg) trong vỏ Trái Đất, còn vàng dồi dào hơn nhiều, khoảng 0,0013 ppm, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia (RSC). Rhodium được sản xuất chủ yếu ở Canada, Nam Phi và Nga, có thể là sản phẩm phụ của quá trình tinh chế quặng niken và đồng, chứa khoảng 0,1% kim loại quý. Khoảng 16 tấn rhodium được sản xuất hàng năm, với trữ lượng ước tính 3.000 tấn.

Rhodium (còn gọi là Rhodi) được phát hiện vào năm 1803 bởi William Hyde Wollaston, ngay sau khi ông phát hiện ra hợp chất Palladium. Tại thời điểm đó, ông đã hợp tác với Smithson Tennat trong một liên doanh thương mại, nhằm sản xuất bạch kim nguyên chất để bán. Rhodi thường không xuất hiện nguyên chất, mà nằm trong hợp chất cùng một số chất khác trong quặng platium hoặc nickel.

Sau khi phát hiện, Rhodi chỉ có ứng dụng nhỏ tại thời điểm bấy giờ, chủ yếu dùng để đo nhiệt độ lên đến 1.800 độ C bởi Rhodi có độ ổn định tốt trong khoảng nhiệt 1.300-1.800 độ C.

Bộ trung hòa khí thải trên xe hơi. (Ảnh: Bellingham Herald)

Ứng dụng đầu tiên của Rhodi là mạ điện để trang trí và làm lớp phủ chống ăn mòn. Sau đó, sự ra đời của bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều (còn gọi là bộ trung hòa khí thải) bởi Volvo vào năm 1976 làm tăng nhu cầu đối với Rhodi. Trước đó, các bộ chuyển đổi xúc tác chỉ sử dụng platinum hoặc palladium, trong khi bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều sử dụng Rhodi để giảm lượng khí thải, thay đổi các hydrocacbon không cháy có hại, khí thải carbon monoxide và nitơ oxit thành các khí ít độc hại hơn. Đặc biệt hơn, để khử chất nitrat trong khí thải, chỉ có Rhodi giúp loại bỏ và không có chất thay thế.

Càng về sau, công dụng chính của Rhodi đều nằm trong bộ trung hòa khí thải. Ước tính vào năm 2012, lượng Rhodi tiêu thụ vào khoảng 30.000 kg, trong đó 81% (24.300 kg) được đưa vào sử dụng bộ trung hòa khí thải. Số còn lại chủ yếu sử dụng trong ngành công nghiệp thủy tinh và ngành công nghiệp hóa chất.

Không giống như các chất liệu khác sử dụng trên siêu xe, các loại xe cao cấp. Các nhà sản xuất ô tô thường sử dụng Rhodi ngay cả trên mẫu xe cấp thấp. Kể từ năm 1993, bất kì mẫu xe nào chạy xăng đều có Rhodi trong bộ trung hòa khí thải.

Kết cấu hệ thống xả trên ô tô với bộ trung hòa khí thải. (Ảnh: YourMechanic)

Tuy nhiên, chính vì Rhodium có độ hiếm cao, quá trình khai thác rất phức tạp nên được xem là 1 trong 10 vật chất đắt đỏ nhất thế giới. Đồng nghĩa với việc giá trị tăng chóng mặt theo thời gian. Kể từ năm 2016 trở đi, giá của Rhodium tăng gấp 5 lần, tương tự với palladium. Hiện nay, mức giá của Rhodium vào khoảng 29.400 USD/ounce (28,3 g), tương đương hơn 1 triệu USD/1 kg. Trong khi đó, giá vàng chỉ là 1.700 USD/ounce.

Với mức giá đắt đỏ đã làm gia tăng nạn trộm cắp bộ trung hòa khí thải trên ôtô trong những năm trở lại đây. Và bộ phận này rất dễ lấy trộm, các nhóm trộm hành động diễn ra chỉ vài chục giây với công cụ kích xe, cờ-lê hoặc cưa piston.

Nạn nhân của những vụ trộm thường là những xe đỗ một chỗ trong khoảng thời gian dài. Những chiếc xe gầm cao như SUV, xe bán tải và xe tải cũng là mục tiêu do chiều cao của chúng dễ dàng chui vào gầm để tháo trộm. Đặc biệt là những chiếc Toyota đời sau vì gầm cao hơn và các bu-lông kết nối bộ chuyển đổi dễ dàng tháo hơn.

Mặt khác, không phải tất cả bộ trung hòa khí thải đều có kết cấu như nhau. Theo quy luật, những chiếc xe cũ có xu hướng sử dụng nhiều kim loại hơn, ví dụ như chiếc Toyota Prius hoặc Nissan Frontier được săn lùng nhiều hơn vì sử dụng động cơ ít hơn, đồng nghĩa nhiều chất xúc tác bị bỏ đi, lượng Rhodium nhiều hơn.

Để thay thế bộ trung hòa khí thải khi bị mất trộm, mức giá mà chủ nhân phải bỏ ra lên tới 4.100 USD, và ở một số nơi có thể bị phạt 1.300 USD do lượng khí thải cao hơn mức cho phép. Khi mất bộ trung hòa khí thải, âm thanh của ống xả sẽ lớn hơn bình thường và chủ xe dễ dàng nhận ra sự mất mát.

Lồng khóa bộ chuyển đổi xúc tác bằng dây thép. (Ảnh: Heycar).

Mặc dù vậy khó có cách nào ngăn chặn triệt để mất cắp bộ chuyển đổi xúc tác. Cách khắc phục đơn giản nhất là đỗ xe ở garage tại nhà (nếu có) hoặc các bãi đỗ có ánh sáng, hệ thống giám sát, có người trông, khắc các ký hiệu nhận dạng hoặc biển số. Ở một số nơi, các thợ máy đề xuất hàn các đầu trên bu-lông của bộ trung hòa khí thải, hoặc sử dụng các lồng dây thép có khóa để bảo vệ hoàn toàn bộ phận này.

Kim loại đắt đến nỗi không mấy ai dám dùng

Kim loại đắt đỏ này cũng đã được sử dụng làm lớp phủ cho đồ trang sức và đồ bạc từ những năm 1930. Tuy nhiên, từ trước đến nay rhodium chưa bao giờ được sử dụng để chế tác trang sức ngay cả khi nó có vẻ ngoài sáng bóng và rất đẹp. Lý do đơn giản là vì những chiếc vòng, nhẫn rhodium sẽ có giá thành quá cao, nguyên liệu cũng quá khó kiếm. Thế nên dù trông giống như bạc, rhodium chỉ được dùng để mạ bên ngoài chứ không được chọn làm nguyên liệu chế tạo trang sức vì thiếu tính thực tế.

Là kim loại quý đắt nhất thế giới nên những người “dám” sử dụng nó để mạ đồ trang sức cũng rất hiếm. Ví dụ quen thuộc nhất là vương miện của quân chủ nước Anh từng được phủ rhodium vào năm 1858 để thể hiện sự xa hoa và quyền lực cho vương triều.

Ngoài ra, đặc tính dẫn điện và tính ổn định của rhodium cũng được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất điện tử. Các linh kiện như điện trở, bảng mạch, ổ cứng đều không thể thiếu được kim loại rhodium.

Cuối cùng, rhodium còn được sử dụng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học khác nhau trong công nghiệp.

Rhodium cũng xuất hiện trong ngành hóa chất. Kim loại đắt nhất thế giới cần thiết trong quá trình tổng hợp các hợp chất alkyl, hợp chất epoxy và hợp chất aldehyd.

Rhodium được tìm thấy với số lượng cực kỳ hạn chế trong lớp vỏ Trái đất. Nam Phi đang là nước dẫn đầu thế giới về khai thác rhodium, tiếp theo là các nước như Nga, Canada và Mỹ. Tuy nhiên, sản lượng ở các nước này vẫn thấp hơn đáng kể so với Nam Phi.

Rhodium giao dịch chủ yếu trên thị trường kim loại quý quốc tế. Người mua có thể mua rhodium dưới dạng thỏi hoặc đồng xu từ một số nhà môi giới chuyên về kim loại quý. Tuy nhiên, do giá trị cao nên việc mua rhodium thường được thực hiện với số lượng nhỏ. Bên cạnh đó, rhodium không sẵn có để mua như các kim loại quý khác như vàng hoặc bạc.

Ngoài ra, rhodium còn được bán trên thị trường với giá dao động tùy theo cung-cầu. Ngành công nghiệp ô tô là khách hàng chính mua rhodium để sử dụng trong bộ chuyển đổi xúc tác.

Cuối cùng, một phần đáng kể rhodium được bán thông qua tái chế. Bộ chuyển đổi xúc tác đã qua sử dụng là nguồn cung cấp kim loại quý này

ST