В камерата за ядрено-магнитен резонанс в държавния университет на Мисисипи три мощни магнита позволяват да се види как атомите образуват връзки помежду си.

Химиците там използват технологията, за да проектират нови полимери и да изучават как бактериите се свързват с повърхностите. 

За да може всичко да работи обаче, те се нуждаят от елемент, който обикновено се намира в магазините за хранителни стоки, но напоследък е в постоянен недостиг - хелият, пише изданието на Масачузетския технологичен институт MIT Technology Review.

На всеки 12 седмици университетът плаща между 5000 и 6000 долара за доставка на течен хелий, който е необходим за охлаждане на свръхпроводящия материал в магнитите до -269 градуса по Целзий. 

Хелият е отличен проводник на топлина и при температури, близки до абсолютната нула, при които повечето други материали биха замръзнали, той остава в течно агрегатно състояние. Това го прави идеален хладилен агент за всичко, което трябва да се държи на много студено.

Затова течният хелий е от съществено значение за всяка технология, която използва свръхпроводящи магнити, включително скенери за магнитен резонанс и някои термоядрени реактори.

Той също така охлажда ускорителите на частици, квантовите компютри и инфрачервените детектори на космическия телескоп Джеймс Уеб. Като газ, хелият отнема топлината от силиция, за да предотврати повреди във фабриките за чипове. 

Европейският съюз дори го включи в списъка си с критични суровини за 2023 г. Същото направи и Канада.

Защо хелият не достига?  

В цялата история на развитието на технологиите хелият е играл критична роля, като през повечето време е бил дефицитна стока. Страните понякога предприемат крайни мерки, за да осигурят стабилни доставки на хелий. Дори днес този материал не винаги е лесен за получаване. 

Световното предлагане зависи основно от три държави – САЩ, Катар и Алжир, а с производството му се занимават около 15 компании в целия свят.

С толкова малко източници, пазарът на хелий е особено чувствителен към смущения. Ако една централа спре да функционира или избухне война, елементът може внезапно да се окаже недостъпен.

Междувременно, цената му се покачва бързо през последните години, поставяйки болниците и учените в затруднено положение.

Глобалният пазар на хелий е преживял четири мащабни дефицита от 2006 г. насам, а цената му почти се е удвоила от 2020 г. - от 7.57 долара за кубичен метър до историческия връх от 14 долара през 2023 г., според Геоложката служба на Съединените щати.

Някои изследователски лаборатории инсталират системи за рециклиране на хелий, а производителите на устройства за ядрено-магнитен резонанс правят скенери от следващо поколение, които изискват по-малки количества от ценната суровина.

Но високотехнологичните индустрии, включително компютърната и космическата, вероятно ще се нуждаят от още повече хелий в бъдеще.

Идва ли краят на ерата на евтиния хелий?  

Хелият е вторият елемент в периодичната таблица на химичните елементи, което, както може би си спомняте от часовете по химия, означава, че има само два протона и следователно два електрона.

Благодарение на простата си структура, хелиевите атоми са най-малките и най-леките след тези на водорода. Те са изключително стабилни и не реагират лесно с други неща, което ги прави лесни за включване в индустриални или химически процеси.

Едно от основните приложения на течния хелий през годините е охлаждането на магнитите в скенерите за ЯМР, които помагат на лекарите да изследват органи, мускули и кръвоносни съдове.

Но цената на хелия се е повишила толкова много, а предлагането е толкова нестабилно, че болниците вече търсят други възможности.

Производителите на ЯМР, включително Philips и GE HealthCare, сега продават скенери, които изискват много по-малко хелий от предишните поколения. Това би трябвало да помогне, въпреки че ще са необходими години за надграждане.

Но за повечето индустриални приложения хелият няма заместител и е много по-труден за рециклиране, когато се използва като газ. В полупроводниковите фабрики, например, хелиевият газ премахва топлината около силиция, за да предотврати повреда и го предпазва от нежелани реакции.

С нарастващото търсене на чипове, движено отчасти от развитието на изкуствения интелект, САЩ инвестират сериозно в изграждането на нови фабрики, което вероятно ще доведе до по-голямо търсене на хелий, пише още MIT Technology Review.

Вероятно в бъдеще повечето индустрии, в крайна сметка, ще ограничат несъществената употреби на хелий и ще го използват предимно за криогенно охлаждане или в случаите, когато няма друга алтернатива. 

Деликатен баланс

Хелият, който се използва днес, се е образувал от разграждането на радиоактивни материали преди милиони години, "уловени" в скалите под повърхността на Земята.

Той обикновено се извлича от тези подземни резервоари заедно с природния газ и може лесно да се отдели от него преди изгаряне. Но колкото по-ниска е концентрацията на хелий, толкова по-висока е цената на добива. 

Концентрацията трябва да е поне 0.3%, за да има смисъл газовите компании да се занимават с това. Такива нива могат да бъдат намерени само в няколко държави, включително САЩ, Алжир, Канада и Южна Африка.

Катар има по-ниска концентрация, но произвежда достатъчно природен газ, за да оправдае възстановяването на хелий, дори при тези по-ниски нива.

Следователно недостигът на хелий не е причинен от липсата му, а от неспособността на производителите да го доставят на клиентите навсякъде и навреме, която се дължи на много причини.

Едно от предизвикателствата е, че атомите на хелия са толкова леки, че земната гравитация не може да ги задържи. Те са склонни просто да се изпаряват, дори и от специално проектирани резервоари. До 50% от хелия, който се извлича от земните недра, се губи, преди да може да се използва.

Страните, които се нуждаят от много хелий - Канада, Китай, Бразилия, Германия, Франция, Япония, Мексико, Южна Корея и Обединеното кралство, са сред най-големите вносители. САЩ също са един от най-големите потребители на хелий, но са и водещ производител.

В продължение на десетилетия глобалният пазар на хелий е тясно свързан с американското правителство, което започна да го складира в Тексас през 1961 г. за военни цели.  

Страната обаче постепенно разпродава голяма част от запасите си и сега предлага на търгове остатъците от тях, като окончателната продажба предстои през следващите няколко месеца. 

Последствията все още не са ясни, но е много вероятно в бъдеще цената на хелия да се повиши значително. Клиентите навсякъде все още са изключително зависими от САЩ и Катар, които заедно произвеждат над 75% от целия хелий, използван в света.

Но САЩ са произвели и изнесли значително по-малко през последното десетилетие, докато търсенето от американските потребители е нараснало с 40%, по данни на Геоложката служба на Съединените щати. 

Новите играчи 

В същото време, нови държави започват да произвеждат хелий в опит да запълнят празнотата на пазара. Четири завода отвориха врати миналата година в Канада, а един стартира в Южна Африка.

Русия е готова да отвори огромен нов завод, който скоро ще доставя хелий на Китай, като по този начин ще измести Алжир като третия по големина производител в света.

Катарската Qatargas отваря четвърти завод, който – заедно с новото съоръжение на Русия – трябва да разшири глобалните доставки на хелий с около 50% през следващите няколко години.

Някои компании дори обмислят места, където биха могли да добиват хелий, без да го третират като страничен продукт на природния газ. Helium One проучва няколко такива източника в Танзания, например. 

Дали обаче тези нови източници ще бъдат достатъчни, за да задоволят нарастващото търсене, все още не е ясно. 

Новините на Darik Business Review във Facebook , Instagram , LinkedIn и Twitter !