Sledeći put kada uzmete balone za svoju veliku zabavu, zapamtite da je gas helijuma u tim balonima namenjen zvezdama. Helijum je toliko lagan da lako izmiče Zemljinoj gravitaciji, a sav helijum će na kraju doći u svemir. Kao i fosilna goriva, helijum je ograničen resurs.
Nedostatak helijuma postao je akutni problem za mnoge istraživače. Od početka 2022. godine, različiti faktori su izvršili pritisak na globalno tržište helijuma, uključujući potencijalnu prodaju američkih javnih rezervi helijuma i proizvodne infrastrukture, sankcije Rusiji i niz kvarova u fabrikama helijuma.
Tokom protekle decenije došlo je do četiri nestašice helijuma, a ovi poremećaji utiču na nekoliko visokotehnoloških industrija. Osim naduvavanja balona, helijum igra ulogu u zavarivanju određenih metala i u izradi poluprovodnika.
Istraživanje medicinskih slika i hemijskih analiza takođe koristi helijum. Tečni helijum ohlađen na –450°F (–268°C) održava supravodljive magnete u instrumentima kao što su slikanje magnetnom rezonancom, ili MRI, i nuklearna magnetna rezonanca, ili NMR, sistemi hladnim.
Nedostatak helijuma vrši pritisak na mnoge industrije, a kada dođe do nestašice, troškovi helijuma mogu dramatično da porastu. Čak i potrošači mogu biti pogođeni — cene naduvanih balona za zabavu i kompleta rezervoara sa helijumom su značajno porasle.
I MRI i NMR instrumenti zahtevaju izuzetno jaka magnetna polja za rad. Najefikasniji način za generisanje ovih polja koristi supravodljivu žicu. Superprovodna električna struja generiše magnetno polje, a kada se jednom pokrene, ove struje mogu trajati decenijama bez dodatnog električnog unosa.
Ali postoji kvaka. Bez tečnog helijuma, žice se brzo zagrevaju. Vremenom, helijum koji se koristi za hlađenje magneta isparava. Superprovodljivost nestaje, a magnetno polje se raspršuje.
Ranije ove godine, LK-99, potencijalni novi superprovodnik na sobnoj temperaturi, dospeo je na naslovnice širom sveta. Takav materijal, ako se pronađe, mogao bi eliminisati potrebu za helijumom u MRI i NMR sistemima.
Do sada, LK-99 nije napravio proboj u supravodljivosti, iako naučnici još uvek traže nove superprovodne materijale.
Dok naučnici ne pronađu funkcionalan superprovodnik na sobnoj temperaturi, MRI i NMR objektima je potreban helijum. Mali do srednji univerzitet ili bolnica može potrošiti 20.000 američkih dolara godišnje na tečni helijum, jer svakih nekoliko meseci njihove zalihe tečnog helijuma treba dopuniti.
Većim objektima je potrebno više, a u protekle dve do tri godine cena helijuma je udvostručena. Neke institucije su zbog toga bile prinuđene da isključe svoje instrumente. Ovaj proces isključuje magnetno polje, efektivno zaustavljajući aktivnost instrumenta dok objekat ne može ponovo da kupi helijum.
Jedan pristup rešavanju nedostatka helijuma uključuje traženje dodatnih izvora helijuma. Helijum se obično dobija kao nusproizvod bušenja prirodnog gasa, pošto se helijum sakuplja pod zemljom u džepovima koji sadrže metan i druge ugljovodonike.
Metan je gas staklene bašte, a sagorevanje prirodnog gasa oslobađa ugljen-dioksid u atmosferu. Metan i ugljen-dioksid u atmosferi doprinose klimatskim promenama.
Ali džepovi helijuma koji nisu pomešani sa prirodnim gasom mogu postojati na mestima ispod zemlje. Istraživači koji traže u Africi identifikovali su šta bi moglo biti glavno skladište helijuma u tanzanijskoj regiji Rukva.
Najmanje dve kompanije aktivno pokušavaju da lociraju ove džepove, koji potiču od jedinstvene vulkanske aktivnosti u ovoj oblasti. Bušenje na ovim lokacijama može biti klimatski prihvatljivija alternativa—iako svaki oblik bušenja ima lokalne uticaje na životnu sredinu.
Početkom decembra 2023., nivoi helijuma pronađeni bušenjem ovih džepova izgledaju obećavajuće. Najnovija istraživanja otkrivaju nivoe helijuma od najmanje 2% do 3%, više od 1.000 puta normalnih atmosferskih nivoa. Ovo je u rangu sa drugim lokacijama za bušenje koje proizvode helijum.
Dve kompanije trenutno traže helijum u Africi, a obe planiraju da nastave da traže veće nivoe helijuma. Međutim, nezavisne procene industrije procenjuju da nova postrojenja za helijum možda neće biti dostupna do 2025. godine ili kasnije.
Čak i tako, ovi napori ne rešavaju veći problem – potrebu za obnovljivim izvorom helijuma.
Dok naučnici ne budu imali pouzdane superprovodnike na sobnoj temperaturi ili dok ne pronađu neograničeno snabdevanje helijumom, očuvanje dostupnog helijuma je najbolji put napred. Na sreću, ovo postaje sve lakše.
Istraživači sa Državnog univerziteta Ajove počeli su da recikliraju svoj helijum 1960-ih. Od tada je ova tehnologija postala jeftinija, a i američka Nacionalna naučna fondacija i američki nacionalni instituti za zdravlje finansirali su napore da se instalira oprema za oporavak helijuma u akademskim istraživačkim okruženjima.
Ovi sistemi postaju sve češći, čak iu manjim NMR objektima. I naučnici, uključujući istraživače u mojoj laboratoriji, pomažu jedni drugima tako što dele svoja iskustva u instaliranju ove opreme.
Sistemi za oporavak helijuma uključuju tri glavne komponente. Prvo, postoji sistem koji transportuje ispareni helijum iz superprovodnih magneta. Ova komponenta prati brzinu isparavanja i obezbeđuje stalan protok kroz sistem.
Drugo, postoji sistem prikupljanja. Za velike objekte, ovo se sastoji od velike, fleksibilne torbe. Vreća se širi dok sakuplja ispareni helijum, privremeno ga čuvajući. Ova torba je veličine malog automobila, a gde je prostor zabrinut, manji objekti mogu koristiti rezervoare za helijum za skladištenje.
Treće, postoji sistem koji pretvara u tečnost gasoviti helijum. Ovo je najskuplja komponenta i koristi električnu energiju za hlađenje helijuma. Jednom kada je u tečnom stanju, osoblje objekta prenosi helijum nazad na magnete.
Dok je nedostatak helijuma doveo do značajnih izazova, mnogi naučnici su optimistični u pogledu budućnosti. Istraživači nastavljaju da traže superprovodnike na sobnoj temperaturi. Nova postrojenja helijuma u Tanzaniji mogla bi povećati snabdevanje. A rasprostranjeniji pristup opremi za oporavak helijuma omogućava naučnicima da sačuvaju ovaj vredan resurs.
