چه گازی از گاز هلیوم سبک تر است؟

اطلاعاتی درباره گاز هلیوم

عموم مردم هلیوم را با بادکنک های هلیومی و بالن ها و سفینه های هوایی شناور می شناسند. اما باید دانست که هلیوم موارد استفاده ی زیادی دارد. هلیوم در پزشکی نیز نقش به سزایی دارد، مثلا هلیوم به عنوان یک خنک کننده برای آهنرباها در اسکنرهای عکس های مغناطیسی (MRI) استفاده می شود. همچنین به عنوان یک خنک کننده در ابر رساناها و در ردیاب های مادون قرمز از آن استفاده می شود.

هلیوم از رسوبات گاز طبیعی با وجود اورانیوم و توریم به دست می آید. این عناصر رادیواکتیوی زمانی هلیوم را حاصل می شوند که تحت پوسیدگی آلفا 1 قرار گیرند. این گازها در کنار گازهای طبیعی تا زمان استخراج به دام افتند. وجود هلیوم در کنار گازهای طبیعی برای اولین بار در سال 1903 در کنزاس کشف شد. خصوصیات مثبت فیزیکی هلیوم سبب شد که از آن در زمینه های صنعت و علوم استفاده شود و هم چنین نباید از استفاده ی آن در جشن های تولد غافل شد.

با حجم 3/0 درصد از هلیوم در ذخایر گازهای طبیعی، استخراج هلیوم به نظر غیر قابل استخراج می آید در برخی از این ذخایر میزان هلیوم یافت شده به بیش از 7 درصد می رسد.

تاریخچه مختصری از کمبود هلیوم

در تاریخ 1925 ایالت متحده ی امریکا یک مرکز ذخیره ی هلیوم به صورت ملی در تگزاس بنا کرد. در سال 1929 امریکا بزرگترین تولید کننده ی هلیوم در جهان شد که دارای برنامه ریزی های مشخص در خصوص استخراج و پالایش هلیوم بود. تا سال 1960 هلیوم منحصرا برای مصارف نظامی مورد استفاده قرار می گرفت و دولت تنها تولید کننده ی هلیوم در امریکا بود. در سال 1960 کنگره ای صورت گرفت که در آن انگیزه ای برای تولید هلیوم خام  و فروش آن به دولت ایجاد شد. بخش عمده ای از این هلیوم در NHR ذخیره شد که قیمت آن طوری تایین شده بود که میتوانست هزینه های مربوط به همین برنامه را پرداخت کند و بدیهی های در همین زمینه را بپردازد. نیاز دولت به هلیوم کمتر از آن چیزی بود که پیش بینی شده بود و نیاز های خصوصی فراتر از نیازهای دولتی رفت و در سال 1996 ایالت متحده قانون خصوصی سازی هلیوم را به تصویب رساند ( HPA) .

HPA توانست تمام بدیهی های این سایت را با فروش تمام ذخایر ملی تا سال 2015 پرداخت کند .کمپانی های خصوصی هلیوم نتوانستند در جهت پالایش درست هلیوم به درستی حرکت کنند و به همین خاطر به کشورهای دیگر اجازه داده شد که برای استخراج هلیوم وارد عمل شوند. اکنون وجود این پالایشگاه ها را در کشور های متعددی از جمله روسیه، قطر، الجزایر و استرالیا شاهد هستیم.

چرا با کمبود هلیوم مواجه شده ایم ؟

و اما میپردازیم خبر ناگوار کمبود هلیوم در سال 2012 تخمین زده شد که امریکا 78 درصد از هلیوم جهان را تولید کرده است که 30 درصد از آن حاصل NHR4 بود. کمبود هلیوم وابسته به فاکتور های زیادی ست از جمله خرابی تجهیزات پالایشگاهی .

نیاز به هلیوم بیشتر درکشور هایی که به تازگی در عرصه های صنعت در حال رشد هستند مانند چین توانسته تقاضا به هلیوم را افزایش داده و درنتیجه ما را به کمبود هلیوم نزدیک تر کند. این عامل میتواند دلیلی بر افزایش قیمت هلیوم باشد. سازمان زمین شناسی ایالت امریکا  USGS اعلام کرد در حالی که استخراج هلیوم نسبت  به 5 سال گذشته ثابت مانده است ولی مصرف آن بسیار افزایش یافته است. تقاضای هلیوم در سراسر جهان به مراتب فراتر از میزان تولید آن است و بنابراین باید به دنبال گزینه های دیگری برای هلیوم بود.

جایگزین های نهایی برای هلیوم

کرایوژنیک

این درخواست نیازمند دمای کمتر از  منفی 256 درجه سانتیگراد است و همچنان نیاز به هلیوم مایع دیده می شود. تنها یک چاره برای خنک سازی آهنربای اسکنر های ام ار آی در حال حاضر امکان پذیر است. استفاده از نیتروژن مایع می تواند جایگزین مناسبی باشد در حال حاضر کمپانی هایی هستند که در همین زمینه در حال فعالیت هستند.

استفاده از گاز های محافظ برای جوشکاری

هلیوم معمولاً به عنوان گاز محافظ برای جوشکاری غیر آهنی استفاده می شود. میتوان آرگون را جایگزینی برای هلیوم کرد که استفاده از آرگون برای برخی از فلز ها حتی بهتر از هلیوم است .

بالون ها

هلیوم در کاربردهایی که نیاز به استفاده از عنصری سبک تر از هوا است مورد استفاده قرار می گیرد برای این منظور میتوانیم هیدروژن را جایگزین هلیوم در مواقعی که خاصیت قابل اشتغالی هلیوم مشکل ساز نباشد، کنیم.

گاز تطهیر کننده

هلیوم و آرگون گاز هایی هستند که به دلیل عدم تحرک از آن ها به عنوان گاز های تطهیر کننده استفاده می شود. اما باید گفت که نیتروژن به این منظور در مصارف صنعتی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. درنتیجه نیتروژن می تواند جایگزینی مناسبی برای هلیوم در این خصوص باشد .

اتمسفر کنترل شده

از هلیوم در اتمسفر های کنترل شده استفاده می شود اما نیتروژن می تواند گزینه ای ارزان قیمت برای ذخیره سازی طولانی مدت مواد غذایی باشد .

گازهای عمیق قواصی در دریا

معمولا هلیوم با اکسیژن ترکیب میشود تا بتواند مانعی برای علایم بی حالی در مواجهه با نیتروژن باشد برای قواصان در عمق دریا باشد. اما باید دانست که با افزایش قیمت هلیوم ترکیبی ار نیتروژن و اکسیژن میتواند جایگزینی برای این منظور باشد.

کروماتوگرافی گازی

نیتروژن می تواند جایگزینی برای کروماتوگرافی گازی باشد از جمله مزایای این جایگزینی میتوان به پایین آمدن هزینه و بهبود سرعت در نمونه سازی  اشاره کرد. بسیاری از آزمایشگاههای کروماتوگرافی به طور فعال از هیدروژن برای گاز حامل به عنوان جایگزینی برای هلیوم استفاده می کنند.

منبع : peakscientific