هلیوم کجا یافت می شود؟

اگرچه هلیم دومین عنصر فراوان در جهان است، اما با وجود این فراوانی در روی زمین به شکلی که قابل استفاده باشد به اندازه کافی در دسترس نیست. طی چند دهه گذشته، نگرانی در مورد کمبود  گاز هلیوم بیشتر و بیشتر شده است. از سال 2011 تا 2013 صنعت هلیوم با 20 درصد کمبود روبرو بود و در سال 2019 نیز همین اتفاق تکرار شد و نشان داد که این حل این مشکل به سادگی امکان پذیر نخواهد بود. منابع هلیومی در سرتاسر جهان با مشکل کمبود روبرو هستند و این فقط به معنای مشکل در تامین بادکنک های جشن ها و مهمانی ها نیست. چرا که هلیوم در چندین صنعت مهم از جمله تصویربرداری پزشکی (MRI) نیز استفاده می شود.

کشف هلیوم

در 18 آگوست 1868 بود که محققان در حالی که تلسکوپ خود را به سمت کسوف گرفته بودند، یک عنصر ناشناخته در آن زمان را که هلیوم نام داشت، کشف کردند. هلیوم گازی بسیار فرار و بی اثر است و به همین دلیل چندین دهه طول کشید تا بتوان آن را در یک آزمایشگاه جداسازی کرد. (در یک مقاله برجسته که در سال 1920 در Nature منتشر شد). از آن زمان، اطلاعات در مورد هلیوم تکمیل شد. همان طور که گفته شد این گاز، دومین گاز فراوان در جهان است، و برای طیف وسیعی از فعالیت ها از جمله فعالیت های علمی و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

هلیوم کجا یافت می شود؟

هلیوم منحصراً به عنوان محصول جانبی در طی عملیات استخراج گاز طبیعی به دست می آید. تصور می شود بیشتر این هلیوم از پوسیدگی رادیو اکتیو اورانیوم و توریم در سنگ های گرانیت در پوسته زمین تشکیل شده است. هلیوم دارای کوچک ترین شعاع اتمی در بین سایر عناصر است، بنابراین به دلیل سبک بودن و کوچک بودن به راحتی به سمت بالا حرکت کرده و در منافذ موجود در سنگ ها قرار می گیرند. با این حال، برخی از سنگ ها (مانند هالیت، شکل معدنی سنگ نمک) وجود دارند که می توانند مهاجرت هلیوم به سمت بالا را مسدود کرده و به عنوان یک تله عمل کنند. هلیوم می تواند در کنار گاز طبیعی توسط لایه های غیر قابل نفوذ به دام بیفتد. نمک یکی از بهترین لایه های غیرقابل نفوذ است و به عنوان یک مانع کارآمد عمل می کند.

موقعیت های زمین شناسی وجود هلیوم

بنابراین در سه موقعیت اصلی زمین شناسی که در ادامه ذکر می شود احتمال مشاهده هلیوم وجود خواهد داشت:

• در سنگ های گرانیتی غنی از اورانیوم و توریم
• در یک سیستمی که شکستگی یا شکاف در آن وجود دارد و اجازه می دهد هلیوم به سمت سطح زمین، جریان پیدا کند.
• در یک ساختاری که دارای یک کلاهک نفوذ ناپذیر است و از سنگ هایی مانند هالیت یا انیدریت تشکیل شده است.

جداسازی هلیوم از گاز طبیعی

خوبی این مسئله این است که استخراج هلیوم از طریق همان روش های استخراج گاز طبیعی انجام می شود و پس از آن، می توان گازها را جداسازی کرد. اگرچه روند جداسازی گاز، بسیار گران است. درصد هلیوم در گاز طبیعی معمولاً بسیار کم است، اما در برخی مناطق می تواند تا 10٪ نیز برسد. باید توجه کرد که برای این که جداسازی به صرفه باشد، حداقل محتوای هلیوم در گاز طبیعی باید 0.3٪ باشد، در غیر این صورت هزینه جداسازی بسیار بالا و غیر اقتصادی خواهد بود. همچنین ممکن است در برخی از مناطق زمین هلیوم به صورت جدا از گاز طبیعی تجمع پیدا کرده باشد، اما استخراج آن از این مناطق، از نظر اقتصادی معقول نیست – به ویژه با توجه به این که فرایند ذخیره سازی آن نیز بسیار دشوار است.

فرایند ذخیره سازی هلیوم

ذخیره هلیوم بسیار گران و دشوار است. برای ذخیره و حمل و نقل آن ابتدا باید تا دمای 452- درجه فارنهایت (-270 درجه سانتیگراد) سرد شود. (به سردترین ماده سیاره تبدیل شود.) اگرچه حتی در این دمای بسیار سرد هم، هلیوم مایع قادر است به آرامی تبخیر شده و از محیط فرار کند. بنابراین برای ذخیره سازی آن، هلیوم در سطح زمین فشرده شده و سپس به لایه ای از سنگ دولومیت، 3000 فوت (914 متر) در زیر زمین، تزریق می شود. در قسمت فوقانی این سنگ های دولومیت، لایه ای از هالیت (نمک) قرار دارد که هلیوم را در خود به دام می اندازد. این بهترین فرآیندی است که در حال حاضر برای ذخیره هلیوم موجود است و همان طور که می توانید حدس بزنید بسیار گران و زمان بر است.

کمبود هلیوم، یک مشکل جدی

در سال های اخیر نه تنها قیمت هلیوم افزایش یافته است، بلکه عرضه نیز در برخی نقاط با مشکل روبرو شده است. هلیوم ممکن است در جهان به وفور یافت شود، اما در روی زمین، این طور نیست. سنگ های گرانیتی که آن را تولید می کنند، کمیاب هستند. یک مشکل دیگر این است که در سراسر جهان، تعداد میادین گاز طبیعی که غنی از هلیوم نیز هستند در حال کاهش است زیرا هیچ منبع جدیدی پیدا نمی شود و با کاهش استفاده از گاز طبیعی این منابع برای استخراج هلیوم نیز کاهش می یابند. بنابراین با گذشت زمان، در حالی که مصرف ثابت یا حتی در حال افزایش است ذخایر کم می شوند. پس تعجب آور نیست که قیمت ها و در دسترس بودن مشکل ساز می شود. اگرچه امروز یا فردا هلیوم تمام نمی شود، اما همه علائم نشان دهنده دوره های کمبود هلیوم است.

منبع:

https://www.heliumland.com/2370-2/