Update về Chuỗi Cung ứng trên Thế giới và Những Dự đoán Khả dĩ

Gần đây do quá trình chuyển đổi mục tiêu nghề nghiệp, người viết có cơ hội tìm hiểu về quy trình booking logistic. Sự ra đời của bài viết này nhằm tổng hợp các chuỗi cung ứng chủ yếu trên toàn cầu và trả lời các câu hỏi mà có thể là chẳng ai thèm hỏi, trừ khách hàng.

Ví dụ: Phân bón có nguồn gốc từ đâu? Các linh kiện điện tử đòi hỏi những nguyên liệu gì? Vì sao nông sản là ngành "đinh" của chuỗi cung ứng toàn cầu?

Những câu hỏi này, khi người viết khám phá ra được câu trả lời, bỗng thấy thế giới vẫn luôn là một nơi kỳ diệu như nó vốn là. Và việc nhận thức được toàn bộ nguyên liệu cũng như hệ thống logistics vận hành phía sau cuộc sống hằng ngày là điều tương đối hay ho.

Bên cạnh đó, hiểu biết về chuỗi cung ứng giúp dự báo tác động của các sự kiện ầm ĩ khi trà dư tửu hậu cùng ai đó. Ví dụ: việc đóng cửa Eo biển Hormuz có thật là khiến giá lương thực tăng khoảng 20% vào đầu năm 2027 và dẫn đến sự đóng cửa của khoảng 10% số nhà hàng? Và liệu vấn đề này có nhận được sự quan tâm xứng đáng càng sớm càng tốt hay không?

Bài viết sẽ có một vài điểm hơi dài dòng khi phân tích các nhóm nguyên liệu thô chính — nhiên liệu hóa thạch, kim loại, khoáng sản, nông lâm nghiệp... cái này có thể do bệnh cầu toàn của người viết, kể lể không ngừng về cái mình muốn, và có thể khiến người khác thấy phiền lòng. Tuy nhiên, trong khuôn khổ mong muốn cung cấp thông tin đầy đủ và đa chiều, thiết nghĩ đây là vấn đề nên làm.

Mong độc giả đón nhận và hài lòng.

Hoa Kỳ đồng thời là quốc gia nhập khẩu và xuất khẩu dầu mỏ thuộc nhóm ba hàng đầu thế giới. Các nhà máy lọc dầu của Mỹ được xây dựng để xử lý dầu thô nặng (tức dầu có độ nhớt cao hơn) do xu hướng trong thập niên 1980 cho rằng nguồn dầu thô nhẹ trên thế giới đang cạn kiệt. Tuy nhiên, việc phát hiện và ứng dụng công nghệ khai thác dầu bằng phương pháp thủy lực cắt phá (fracking) sau đó đã tạo ra lượng dầu thô nhẹ dồi dào trong nước. Do đó, Hoa Kỳ vừa xuất khẩu dầu thô nhẹ trong nước, vừa nhập khẩu dầu thô nặng từ nước ngoài — đây là lý do quốc gia này không đạt được sự độc lập về năng lượng dầu mỏ dù sở hữu trữ lượng lớn.

Mặc dù Trung Quốc chiếm gần một nửa sản lượng than toàn cầu, nước này cũng là nhà nhập khẩu than lớn nhất thế giới (các quốc gia nhập khẩu lớn khác bao gồm Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan). Mức tiêu thụ than tại các nền kinh tế phương Tây đã giảm khoảng 50% trong vòng 30 năm qua.

Châu Á nhập khẩu phần lớn khí đốt từ Hoa Kỳ, Qatar và Australia (Trung Quốc cũng nhận một phần từ Nga). Liên minh châu Âu trước đây phụ thuộc chủ yếu vào khí đốt Nga, nhưng do xung đột tại Ukraine, EU hiện chuyển sang nhập khẩu chủ yếu từ Na Uy và Hoa Kỳ.

Mặc dù đều được phân loại là "nhiên liệu hóa thạch", than, dầu mỏ và khí đốt được sử dụng cho các quy trình tương đối khác biệt, như sẽ được trình bày dưới đây.

Khoảng 65% sản lượng than được đốt trong các nhà máy nhiệt điện để tạo ra hơi nước vận hành tua-bin phát điện và cung cấp nhiệt năng. Phần còn lại chủ yếu được sử dụng trong sản xuất xi măng và thép. Một trong những rào cản lớn nhất đối với quá trình khử cacbon là, trong khi có thể tìm kiếm các giải pháp thay thế cho điện năng và sưởi ấm, việc thay thế than trong quy trình luyện thép vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật.

Về nguyên lý, để chuyển đổi sắt thành thép, cần thực hiện đồng thời:

(1) tách oxy liên kết tự nhiên trong quặng sắt,

(2) nung chảy sắt đã khử,

(3) đưa cacbon vào sắt để tạo thành thép — tất cả trong điều kiện chịu tải trọng hàng nghìn tấn.

Cốc luyện kim (một vật liệu thu được từ quá trình nung than ở nhiệt độ cao) là một trong số ít vật liệu có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp với khả năng đồng thời đóng vai trò là chất khử, nguồn nhiệt, nguồn cacbon và kết cấu chịu lực.

Do chi phí khai thác và xử lý cao hơn than đá và khí đốt, dầu mỏ không được sử dụng để phát điện khi có thể tránh được. Thay vào đó, dầu mỏ chủ yếu được dùng làm nhiên liệu giao thông vận tải — bao gồm xăng, diesel, nhiên liệu máy bay và dầu nhiên liệu hàng hải — nhờ mật độ năng lượng cao, thuận tiện cho việc lưu trữ trên các phương tiện. Khoảng 45% dầu mỏ được sử dụng cho xăng và diesel, 15% cho tàu thủy và máy bay. Phần còn lại chủ yếu được dùng để sản xuất nhựa.

Khí đốt tự nhiên được sử dụng cho phát điện (~40%) và sưởi ấm (~20%). Một ứng dụng quan trọng khác là sản xuất phân bón.

Nitơ tồn tại dồi dào trong khí quyển, nhưng do liên kết ba bền vững giữa hai nguyên tử nitơ, phân tử N₂ có tính trơ hóa học cao. Để sản xuất phân bón nitơ, cần có nguồn cung cấp hydro dạng khí cũng như nguồn nhiệt đủ lớn để nitơ phản ứng với hydro. Quá trình đốt khí tự nhiên đáp ứng được cả hai điều kiện này, đó là lý do khoảng 80% sản lượng phân bón nitơ phụ thuộc vào khí tự nhiên trong quá trình sản xuất.

Đáng chú ý là một số nguyên liệu quan trọng được khai thác cùng với nhiên liệu hóa thạch. Khí metan thường bị giữ trong các mỏ than, do đó được thu hồi và đốt để lấy năng lượng (trong một số trường hợp, khí metan được đốt trực tiếp mà không thu hồi năng lượng, nhằm ngăn chặn rò rỉ vào khí quyển). Đáng quan tâm hơn là heli, được sinh ra thông qua quá trình phân rã phóng xạ trong lớp vỏ Trái Đất và thường bị giữ trong các cấu trúc địa chất tương tự như khí tự nhiên.

Heli có đặc tính độc đáo nhờ khối lượng nguyên tử nhỏ và lớp vỏ electron đã bão hòa. Do đó, heli có lực tương tác liên phân tử rất yếu và điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố (khoảng 4 Kelvin), cho phép sử dụng heli để làm lạnh các hệ thống thông qua cơ chế bay hơi nhiệt. Điều này khiến heli trở thành vật liệu không thể thiếu cho các nam châm siêu dẫn — vốn chỉ hoạt động ở nhiệt độ cực thấp — được sử dụng trong máy MRI và các cơ sở sản xuất chất bán dẫn.

Việc đóng cửa Eo biển Hormuz đã khiến giá dầu mỏ và khí đốt tự nhiên tăng khoảng 30–50%, và xu hướng này có khả năng tiếp diễn. Hệ quả trực tiếp là chi phí năng lượng và nhiên liệu tăng cao, kéo theo lạm phát toàn diện do chi phí vận tải tăng trong toàn bộ chuỗi cung ứng. Các tác động gián tiếp cũng đáng lo ngại: Spirit Airlines đã phá sản do giá nhiên liệu máy bay tăng cao, và nhiều hãng hàng không bình dân khác có nguy cơ tương tự trong tương lai gần. Ngoài ra, khoảng một phần ba nguồn cung phân bón toàn cầu đang bị gián đoạn, dự kiến dẫn đến mức tăng giá lương thực khoảng 20% và khoảng 10% số nhà hàng phải đóng cửa.

Do tính chất chu kỳ canh tác nông nghiệp, tác động đầy đủ của tình trạng thiếu hụt phân bón sẽ chưa được phản ánh hoàn toàn cho đến năm sau.

Do số lượng kim loại quá lớn, phần này chỉ tập trung vào những loại quan trọng nhất. Cần lưu ý rằng nhiều kim loại — như đồng, lithi, coban — được tinh luyện tại Trung Quốc dù được khai thác ở nơi khác.

Ở cấp độ tổng quát, có bốn ứng dụng chính của kim loại: nam châm, kết cấu chịu lực, dẫn điện và pin lưu trữ điện năng.

Nam châm vĩnh cửu là nền tảng của động cơ điện, vì dòng điện chạy qua cuộn dây trong từ trường sẽ sinh ra mô-men xoắn. Các động cơ này là phương tiện hiệu quả nhất để chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu điện và chuyển động cơ học, với các ứng dụng tiêu biểu trong robot, cảm biến, thiết bị bay không người lái và hệ thống âm thanh. Một ứng dụng ít được chú ý hơn là ổ đĩa cứng, vốn lưu trữ dữ liệu trên đĩa từ quay nhanh và có cơ cấu chấp hành di chuyển đến các vị trí bộ nhớ cần truy cập.

Nam châm đất hiếm có lực từ mạnh hơn nhiều so với nam châm truyền thống trên nền sắt, cho phép chế tạo động cơ nhỏ gọn và nhẹ hơn. Kết quả là hầu hết thiết bị điện tử hiện đại và các hệ thống quân sự đều phụ thuộc vào kim loại đất hiếm; Trung Quốc hiện thống lĩnh toàn bộ chuỗi — từ khai thác, tinh luyện đến sản xuất linh kiện điện tử.

Trong các ứng dụng kết cấu như xây dựng và cơ sở hạ tầng, các kim loại được ưu tiên lựa chọn là những loại phổ biến và có độ bền cao. Sắt (dưới dạng thép) là vật liệu chủ đạo trong nhóm này. Tuy nhiên, do thép có khối lượng riêng lớn, nhôm và titan thường được dùng để thay thế trong chế tạo máy bay và ô tô nhờ độ bền cao nhưng khối lượng nhẹ hơn đáng kể. Ngoài ra, titan còn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sơn trắng có độ bóng cao (thực tế đây chiếm đến ~90% tổng lượng titan tiêu thụ).

Trong các ứng dụng dẫn điện, tiêu chí quan trọng là chọn kim loại có điện trở suất thấp nhất. Điều này xuất phát từ nguyên lý P = I²R — các mạch điện có điện trở cao sẽ tiêu tán nhiều năng lượng hơn dưới dạng nhiệt. Các kim loại có điện trở suất thấp nhất là bạc, đồng và vàng; trong đó đồng có chi phí thấp hơn nhiều, do đó được sử dụng phổ biến trong hầu hết các hệ thống dây dẫn điện.⁴ Bạc chỉ được dùng cho các ứng dụng hiệu suất cao đòi hỏi độ dẫn điện tối đa như vệ tinh; còn vàng thường được sử dụng để mạ và tăng độ bền do không bị oxy hóa — đây cũng là lý do vàng được ưa chuộng trong lĩnh vực trang sức.

Đặc tính quan trọng nhất của pin hiện đại là khả năng sạc lại — các ion kim loại di chuyển từ cực âm sang cực dương trong quá trình phóng điện và ngược lại khi sạc. Yếu tố then chốt để pin có thể sạc nhiều lần là chọn các ion có khả năng di chuyển qua lại nhiều chu kỳ mà không làm suy thoái cấu trúc nội tại của pin. Lithi được sử dụng phổ biến vì là nguyên tử nhỏ, giúp pin có khối lượng nhẹ và các ion có thể di chuyển dễ dàng hơn. Cực dương cần chứa các vật liệu có khả năng tiếp nhận ion lithi thuận lợi, do đó niken và coban thường được sử dụng. Trước khi công nghệ pin lithi ra đời, pin axit chì được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do chì có độc tính cao, loại pin này hiện chỉ được dùng trong các ứng dụng ít tiếp xúc với con người như thiết bị công nghiệp và ắc quy ô tô.

Phần này tập trung vào bốn lĩnh vực ứng dụng khoáng sản chính: xây dựng, nông nghiệp, kỹ thuật hóa học và công nghệ.

Về cơ bản, mọi vật liệu xây dựng ngoài gỗ và kim loại đều được tạo thành từ tổ hợp đá vôi, đất sét và cát. Điều này xuất phát từ thực tế là cả ba vật liệu này đều rất ổn định về mặt hóa học và tương tác tốt với nhau khi trộn hoặc nung ở nhiệt độ cao: xi măng được tạo ra bằng cách nghiền đất sét và đá vôi ở nhiệt độ cao; bê tông là hỗn hợp của xi măng, nước và cát... thủy tinh được tạo ra bằng cách nấu chảy cát và đá vôi... gạch là hỗn hợp đất sét và cát được nung; gốm sứ có thành phần chủ yếu là đất sét; đá sa thạch được tạo thành từ cát,... Đất sét và đá vôi phân bố rộng rãi trên toàn cầu; cát công nghiệp chủ yếu đến từ Mỹ và Trung Quốc.

Phân bón nitơ đã được đề cập ở phần trước. Hai dưỡng chất quan trọng còn lại trong phân bón là kali và photpho, đều được thu hoạch qua khai thác khoáng sản. Khoảng 95% sản lượng photpho và 85% kali được dùng cho phân bón. Kali chủ yếu đến từ Canada, Nga và Trung Quốc, photpho chủ yếu đến từ Trung Quốc và Maroc.

Kỹ thuật hóa học là lĩnh vực quá rộng để trình bày toàn diện. Theo mô hình đơn giản hóa, người ta ưu tiên sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền và có độ phản ứng hóa học cao. Hai nền tảng của kỹ thuật hóa học công nghiệp là muối ăn (NaCl) và lưu huỳnh (S), vì mỗi chất là nguồn dồi dào các hợp chất có hoạt tính cao.

Khi cho dòng điện chạy qua nước muối, dung dịch phân ly tạo ra clo (Cl₂) và xút (NaOH). Clo có tính điện âm mạnh, trong khi xút là bazơ mạnh... cả hai đều rất hữu ích trong các quy trình hạ nguồn sản xuất nhựa, thủy tinh, giấy.... Những tính chất này cũng khiến chúng có hiệu quả cao trong việc phân hủy chất hữu cơ, do đó là thành phần chính trong thuốc tẩy, xà phòng, dung dịch thông cống và các sản phẩm tẩy rửa khác. Muối chủ yếu đến từ Trung Quốc, Mỹ và Ấn Độ.

Axit sulfuric (H₂SO₄) là axit mạnh nhất có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp. Do đó, gần như toàn bộ (~90%) sản lượng lưu huỳnh được khai thác với mục đích duy nhất là sản xuất axit sulfuric. Axit này được sử dụng trong nhiều phản ứng đòi hỏi axit mạnh. Ví dụ, mặc dù photpho cần thiết cho phân bón, cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp photpho từ quặng photphat, do đó axit sulfuric được dùng để hòa tan quặng photphat và giải phóng photpho dưới dạng có thể hấp thu — quá trình này chiếm một nửa tổng lượng lưu huỳnh tiêu thụ. Lưu huỳnh chủ yếu đến từ Trung Quốc, Mỹ và Nga.

Điểm khởi đầu là cát silica (SiO₂), cần được tách oxy ra khỏi silicon. Quá trình này được thực hiện bằng cách nung cát cùng với carbon trong lò ở nhiệt độ cao — carbon sẽ kết hợp với oxy và thoát ra dưới dạng CO₂, thu được silicon nóng chảy với độ tinh khiết khoảng 98%. Tuy nhiên, silicon dùng cho sản xuất tấm wafer cần đạt độ tinh khiết 99,9999999%, do đó các tạp chất còn lại được loại bỏ bằng cách xử lý lặp đi lặp lại với axit và chưng cất để loại các tạp chất hòa tan. Tiếp theo, silicon được nuôi tinh thể và cắt thành các tấm wafer mỏng bằng cưa kim cương. Cuối cùng, các máy in thạch bản (lithography) khắc các mẫu mạch lên bề mặt silicon để tạo thành transistor và các mạch tích hợp.

Trung Quốc phụ thuộc rất lớn vào Brazil để nhập khẩu đậu nành và thịt bò, do quy mô dân số khổng lồ và phần lớn lãnh thổ (như Tây Tạng) không thích hợp cho canh tác nông nghiệp. Điều thú vị là Ấn Độ không gặp vấn đề tương tự dù có dân số tương đương, vì (1) diện tích đất nông nghiệp chiếm tỷ lệ cao hơn và (2) phần lớn dân số là người ăn chay. Liên minh châu Âu và Nhật Bản có cơ cấu nhập khẩu nông sản tương tự Trung Quốc.

Khu vực Trung Đông thiếu điều kiện canh tác, do đó nhập khẩu lúa mì và nhiều loại lương thực từ Nga, Ukraine và Ấn Độ. Nga và Ukraine cộng lại chiếm khoảng một phần ba sản lượng ngũ cốc toàn cầu, đây là lý do giá lúa mì tăng 50% sau khi xung đột Ukraine bùng nổ.

Mặc dù sở hữu một trong những vùng đất nông nghiệp màu mỡ nhất thế giới (thung lũng sông Mississippi), Hoa Kỳ vẫn là nước nhập khẩu lương thực ròng do dân số đông, thu nhập cao, và nhu cầu tiêu dùng đa dạng loại nông sản quanh năm, cùng với khả năng nhập khẩu các sản phẩm đặc sản như cà phê, ca cao, chuối.

Đối với nông sản phi thực phẩm: 90% cao su (dùng cho lốp xe, bóng bay, găng tay...) đến từ Đông Nam Á. Cây cao su có nguồn gốc từ Nam Mỹ, nhưng một bệnh dịch đã tiêu diệt toàn bộ cây cao su ở đây và chưa lan đến Đông Nam Á. Bông chủ yếu được trồng ở Brazil, Mỹ và Ấn Độ, sau đó được chuyển đến các nhà máy dệt ở Trung Quốc, Bangladesh và Việt Nam.

Cá nuôi trồng hiện chiếm khoảng một nửa tổng sản lượng thủy sản toàn cầu.

Một hiện tượng đáng chú ý là hầu hết nông sản dường như có mặt quanh năm trên thị trường, trong khi về lý thuyết chỉ có hai vụ mùa — một ở Bắc bán cầu và một ở Nam bán cầu. Có một số nhân tố giải thích hiện tượng này:

Nông sản nhiệt đới (như chuối, cà phê, bơ) luôn trong mùa thu hoạch.

Một số loại rau củ quả (như cam quýt, rau lá xanh) có cửa sổ thu hoạch dài hoặc sinh trưởng nhanh, nên có mặt thường xuyên trên thị trường.

Một số loại (như khoai tây, hành tây, cà rốt, bắp cải) có thể bảo quản lâu trong điều kiện lạnh. Táo và nho được giữ ở nhiệt độ gần điểm đóng băng với độ ẩm rất cao để ngăn mất nước, có thể bảo quản trong nhiều tháng — quả táo bày bán tại siêu thị thông thường có thể đã được thu hoạch từ gần một năm trước.

Một số loại (như cà chua, dưa chuột, ớt chuông) được trồng trong nhà kính kiểm soát khí hậu, đặc biệt phổ biến tại Mexico. Do chi phí vận hành nhà kính cao, chỉ những loại có thể sinh trưởng nhanh và không chiếm nhiều diện tích mới có hiệu quả kinh tế.

Cuối cùng, nhiều loại trái cây (hầu hết các loại quả mọng, dưa hấu, anh đào, đào....) đơn giản là không có quanh năm (hoặc chất lượng không đảm bảo) vì bảo quản kém, cửa sổ thu hoạch ngắn và khó trồng trong nhà kính.

Gỗ được phân thành hai loại chính: gỗ mềm và gỗ cứng. Gỗ mềm đến từ các loài cây sinh trưởng nhanh, thường rẻ hơn nhưng có mật độ và độ bền thấp hơn, do đó thường được dùng làm vật liệu xây dựng thông thường; trong khi gỗ cứng được dùng cho sàn nhà, đồ nội thất và tủ bàn chất lượng cao. Giấy được sản xuất từ hỗn hợp cả hai loại. Bắc Mỹ, châu Âu và Brazil xuất khẩu nhiều gỗ cứng, chủ yếu sang Trung Quốc và Nhật Bản. Canada, Scandinavia và Nga xuất khẩu nhiều gỗ mềm, chủ yếu sang Mỹ, Trung Quốc và Nhật Bản.

Một số nguyên/nhiên cũng quan trọng nhưng khó xét hoàn toàn với khung phân loại, bao gồm nhiên liệu hóa thạch, kim loại, khoáng sản, nông nghiệp, ví dụ:

Nước ngọt, là yếu tố thắt nút tiềm ẩn trong nhiều chuỗi cung ứng đã đề cập. Ngoài ứng dụng hiển nhiên trong nông nghiệp, nước ngọt còn cần thiết cho khai thác dầu bằng phương pháp thủy lực cắt phá, khai thác lithi (cả hai đều liên quan đến bơm nước xuống lòng đất), làm mát nhà máy điện, và làm sạch trong quá trình sản xuất chip bán dẫn.

Các luồng trao đổi nước lớn nhất giữa các nền kinh tế là Trung Quốc -> Hồng Kông, Mỹ -> Mexico, Pháp -> Hà Lan. Nhiều quốc gia Trung Đông phụ thuộc vào công nghệ khử muối thay vì nhập khẩu nước.

Vận tải biển là một nút thắt cổ chai tiềm ẩn khác. Hầu hết các vật liệu được đề cập đều được vận chuyển bằng đường biển, và hiện đang xảy ra tình trạng thiếu hụt tàu thương mại toàn cầu.

Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản chiếm đến 95% sản lượng đóng tàu thế giới, do kết hợp được hệ thống cảng tự động hóa, xưởng đóng tàu khô, nhà máy thép và lao động lành nghề (trong khi Mỹ và châu Âu không thể cạnh tranh vì chi phí lao động).

Vận tải biển còn bị thắt nút tại một số ít tuyến đường hàng hải huyết mạch như kênh đào Panama, kênh đào Suez và các eo biển Bosphorus và Malacca.

Việc thu hoạch đủ lương thực để nuôi sống dân số tăng trưởng theo cấp số nhân đòi hỏi một khối lượng công việc khổng lồ. Tin hay không tùy bacó cả một nguyên tố hóa học mà ứng dụng chính duy nhất của nó là sản xuất axit, để hòa tan đá, để tạo ra phân bón, để nuôi cây trồng.

Có hàng trăm cơ hội khởi nghiệp trong lĩnh vực khoa học vật liệu đang chờ đợi. Rất nhiều chuỗi cung ứng cần được tái cấu trúc với các công nghệ thay thế, do yêu cầu khử cacbon, khan hiếm tài nguyên hoặc sự phụ thuộc vào các nguồn cung từ nước ngoài.

Hóa học đang được giảng dạy theo phương pháp thiếu hiệu quả tại các trường học và sẽ thú vị hơn rất nhiều nếu được lồng ghép vào bối cảnh các quy trình sản xuất thực tế.

Người viết dự đoán Trung Quốc sẽ giành ưu thế trong cuộc đua trí tuệ nhân tạo dù hiện đang đi sau về phát triển mô hình. Lý do sẽ được trình bày chi tiết trong một bài viết sau, nhưng tóm tắt là: việc triển khai ứng dụng AI sẽ bị thắt nút bởi năng lực sản xuất và lắp đặt thiết bị điện tử giá rẻ ở quy mô rộng; các mô hình thông minh vừa phải nhưng được triển khai ở nhiều nơi sẽ có ích hơn các mô hình rất thông minh nhưng chỉ hiện diện ở ít nơi.