- Obwohl Helium häufig zum Schweben von Ballons verwendet wird, ist es tatsächlich eine wertvolle, nicht erneuerbare Ressource.
- Ohne Helium kann viel wissenschaftliche Forschung nicht durchgeführt werden, und Technologien wie MRT-Geräte werden nicht funktionieren.
- Die Nachfrage nach Helium ist enorm und wächst; Es gibt keine Möglichkeit, künstliches Helium wirtschaftlich herzustellen und die Heliumspeicher der Erde können die Nachfrage nicht aufrechterhalten.
Helium ist das zweithäufigste Element im Universum und macht 23 Prozent aller normalen Materie aus. Aber obwohl es im ganzen Universum extrem verbreitet ist, ist es auf der Erde äußerst selten. Für jede Million Luftpartikel in unserer Atmosphäre sind nur etwa 5,2 davon Helium.
Wenn Heliumballons auf der Geburtstagsfeier eines Kindes freigesetzt werden, entweicht dieses Helium in die obere Atmosphäre. Helium ist ein außergewöhnlich leichtes Element, daher steigt es an die Spitze der Atmosphäre, wo es am wenigsten dicht ist. Man könnte meinen, dass hier ein leichtes Gas wie Helium stecken bleibt, das von der dichteren Luft darunter nach oben und von der Schwerkraft der Erde nach unten gedrückt wird. Aber Heliummoleküle so hoch oben in der Atmosphäre können leicht dem Sonnenwind ausgesetzt werden — Strömen hochenergetischer Teilchen von unserer Sonne -, die das Helium unwiderruflich in den Weltraum wegblasen. Dies ist das Schicksal der 6,2 Milliarden Kubikfuß Helium, die wir in einem Jahr verbrauchen. Einfach ausgedrückt, Helium ist eine endliche Ressource auf der Erde, und wenn es ihnen ausgeht, müssen Sie viel mehr aufgeben als Ballons und quietschende Stimmen.
Was ist das Besondere an Helium?
Helium hat einige einzigartige Eigenschaften, die es für viele Forscher und Wissenschaftler zu einer kritischen Substanz machen. Am wichtigsten ist, dass kein anderes Element so kalt werden kann wie Helium, ohne zu gefrieren. Tatsächlich gefriert Helium überhaupt nicht. Sobald Helium auf etwa 4 Kelvin abgekühlt ist, wird es flüssig. Die Kelvin-Skala ist ein absolutes Maß für die Temperatur basierend auf dem Grad der Bewegung in Molekülen, so 0 Kelvin ist so kalt wie physikalisch möglich. Für eine Perspektive, wie kalt 4 Kelvin ist, ist es -452.47 Fahrenheit – oder, -269,15 Celsius.
Das liegt an einer weiteren Entdeckung, die Wissenschaftler gemacht haben: Bestimmte Materialien verlieren alle elektrischen Widerstände, wenn sie ausreichend gekühlt werden. Diese werden Supraleiter genannt und werden in einer Vielzahl von High-Tech—Geräten verwendet – Teilchenbeschleunigern, bestimmten Kernreaktoren, Massenspektrometern und MRT-Geräten. Ohne flüssiges Helium sind diese Technologien nicht möglich und es gibt keinen brauchbaren Ersatzstoff.
Woher bekommen wir überhaupt Helium?
Eine Karte der wichtigsten Gasfelder in den USA zeigt diejenigen, die eine wirtschaftlich tragfähige Konzentration von Helium enthalten und diejenigen, die dies nicht tun. Bildquelle: American Physical Society, Materials Research Society, American Chemical Society
Das Helium, das wir auf der Erde finden, ist eigentlich das Produkt des radioaktiven Zerfalls. Radioaktive Mineralien aus Uran und Thorium emittieren Alphateilchen, bei denen es sich um Partikel handelt, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Diese Alphateilchen ziehen schnell Elektronen an und verwandeln sie in Heliumatome. Auf diese Weise werden schätzungsweise 3.000 Tonnen Helium pro Jahr erzeugt. Dies führt jedoch kaum zu einem Rückgang unseres jährlichen Verbrauchs. Diese 6,2 Milliarden Kubikfuß Helium, die wir im oben genannten Jahr verbrauchen, werden in etwa 32.000 Tonnen umgewandelt (vorausgesetzt, die Kubikfuß werden bei 70 ° F und unter der normalen Erdatmosphäre gemessen). Die überwiegende Mehrheit der Heliumreserven, auf die wir uns verlassen, um diese Gewohnheit zu unterstützen, sind das Produkt von Millionen von Jahren allmählicher Akkumulation.
Nicht das gesamte in der Erde erzeugte Helium ist leicht zugänglich, und selbst wenn es leicht zugänglich ist, ist es oft nicht wirtschaftlich, es zu sammeln. Nachdem Helium durch radioaktive Elemente tief unter der Erde erzeugt wurde, findet das Gas seinen Weg zu den gleichen Lagerstätten wie Erdgas. Infolgedessen wird der Großteil des Heliums von Erdgasunternehmen als Nebenleistung gesammelt. Leider bedeuten die Grenzen der aktuellen Technologie, dass es nur die Zeit der Gasunternehmen wert ist, Helium zu sammeln, wenn es eine Konzentration von mehr als 0,3 Prozent gibt. Folglich wird eine ziemlich signifikante Menge Helium einfach abgelassen.
Wenn Helium so wichtig ist, warum ist es dann so billig?
Damals, als Luftschiffe und andere heliumbasierte Luftschiffe für die nationale Verteidigung von entscheidender Bedeutung zu sein schienen, sammelte die US-Regierung so viel Helium wie möglich. Dieses Helium wurde in Amarilla, Texas, in der Federal Helium Reserve (FHR) gelagert. Heute werden etwa 40 Prozent des landesweiten Heliums von der FHR geliefert. Allerdings ist die U.S. die Regierung verabschiedete Gesetze, die vorsahen, dass die Federal Reserve Reserve ihre Reserven verkauft und 2021 schließt, um die Schulden der Reserve auszugleichen und den Markt zu privatisieren.
Infolgedessen sind die Heliumpreise ziemlich niedrig geblieben — niedrig genug, dass wir uns nicht schlecht fühlen, wenn wir dieses kostbare Zeug in Ballons für Geburtstagsfeiern verschwenden lassen.
Trotzdem ist Helium nicht wirklich billig, vor allem nicht für Forscher, die sich darauf verlassen, Experimente durchzuführen. Laut einem Bericht aus dem Jahr 2016 stiegen die Heliumpreise in den fünf Jahren zuvor um 250 Prozent. Tatsächlich mussten einige Forscher mehr als ein Viertel ihrer Fördermittel für den Kauf von flüssigem Helium ausgeben.
Ein Heliummangel wird nicht nur Forschern schaden; der Mangel an Helium für den Einsatz in High-Tech-Anwendungen wird das Leben für alle schwieriger machen. In einem Interview mit USA Today, Northwestern Physics Professor William Halperin sagte: „Der Mangel an Helium, der jetzt vorhanden ist — und von dem wir erwarten können, dass er zunehmen wird — wird im Großen und Ganzen jeden betreffen.“