- Anche se è comunemente usato per far galleggiare i palloncini, l’elio è in realtà una risorsa preziosa e non rinnovabile.
- Senza elio, una grande quantità di ricerca scientifica non può essere condotta, e la tecnologia come macchine MRI non funzionerà.
- La domanda di elio è enorme e in crescita; non c’è modo di creare elio artificiale economicamente e nessun modo per le riserve di elio della Terra per sostenere la domanda.
L’elio è il secondo elemento più comune nell’universo, che rappresenta il 23% di tutta la materia normale. Ma nonostante sia estremamente comune in tutto l’universo, è estremamente raro sulla Terra. Per ogni milione di particelle d’aria nella nostra atmosfera, solo circa 5,2 di queste sono elio.
Ogni volta che i palloncini di elio vengono rilasciati alla festa di compleanno di un bambino, quell’elio sfugge nell’atmosfera superiore. L’elio è un elemento eccezionalmente leggero, quindi sale in cima all’atmosfera, dove è il meno denso. Si potrebbe pensare che un gas leggero come l’elio sarebbe bloccato qui, spinto verso l’alto dall’aria più densa sotto di esso e spinto verso il basso dalla gravità terrestre. Ma molecole di elio così in alto nell’atmosfera possono essere facilmente esposte al vento solare — flussi di particelle ad alta energia dal nostro sole-che soffia irrevocabilmente l’elio nello spazio.
Questo è il destino dei 6,2 miliardi di piedi cubi di elio che usiamo in un anno. In poche parole, elio è una risorsa finita sulla Terra, e a corto di esso significa rinunciare a molto di più di palloncini e voci cigolanti.
Cosa c’è di così speciale nell’elio?
L’elio ha alcune caratteristiche uniche che lo rendono una sostanza critica per molti ricercatori e scienziati. Soprattutto, nessun altro elemento può diventare freddo come l’elio senza congelare. Infatti, l’elio non si congela affatto. Una volta che l’elio è raffreddato a circa 4 Kelvin, diventa un liquido. La scala Kelvin è una misura assoluta della temperatura in base al grado di movimento delle molecole, quindi 0 Kelvin è il più freddo possibile fisicamente. Per qualche prospettiva su quanto sia freddo 4 Kelvin, risulta essere -452.47 Gradi Fahrenheit-o, -269.15 Celsius.
Questo è importante a causa di un’altra scoperta fatta dagli scienziati: alcuni materiali perdono tutte le resistenze elettriche quando sono sufficientemente raffreddati. Questi sono chiamati superconduttori, e sono utilizzati in un’ampia varietà di dispositivi ad alta tecnologia-acceleratori di particelle, alcuni reattori nucleari, spettrometri di massa e macchine per la risonanza magnetica. Senza elio liquido, queste tecnologie non sono possibili e non esiste una sostanza sostitutiva valida.
Da dove prendiamo l’elio in primo luogo?
Una mappa dei principali giacimenti di gas negli Stati Uniti che mostra quelli che contengono una concentrazione economicamente sostenibile di elio e quelli che non lo fanno. Fonte immagine: American Physical Society, Materials Research Society, American Chemical Society
L’elio che troviamo sulla Terra è in realtà il prodotto del decadimento radioattivo. I minerali radioattivi fatti di uranio e torio emettono particelle alfa, che sono particelle composte da due protoni e due neutroni. Queste particelle alfa attirano rapidamente gli elettroni, trasformandoli in atomi di elio. In questo modo, si stima che vengano generate 3.000 tonnellate di elio all’anno. Questo, tuttavia, fa a malapena un’ammaccatura nel nostro consumo annuale. Quel 6,2 miliardi di piedi cubi di elio che consumiamo nell’anno sopra menzionato si converte in circa 32.000 tonnellate (supponendo che i piedi cubi siano misurati a 70°F e sotto l’atmosfera normale della Terra). La stragrande maggioranza delle riserve di elio su cui ci affidiamo per sostenere questa abitudine sono il prodotto di milioni di anni di accumulo graduale.
Non tutto l’elio generato nella Terra è facilmente accessibile, e anche quando è facile da accedere, spesso non è economicamente fattibile raccogliere. Dopo che l’elio è stato creato da elementi radioattivi in profondità nel sottosuolo, il gas trova la sua strada verso gli stessi depositi del gas naturale. Di conseguenza, la maggior parte dell’elio viene raccolta dalle società di gas naturale come beneficio accessorio. Purtroppo, i limiti della tecnologia attuale significa che la sua unica società del gas vale il tempo per raccogliere elio se c’è una maggiore concentrazione di 0,3 per cento. Di conseguenza, una quantità abbastanza significativa di elio viene semplicemente scaricata via.
Se l’elio è così vitale, perché è così economico?
Quando dirigibili e altri dirigibili a base di elio sembravano essere vitali per la difesa nazionale, il governo degli Stati Uniti ha raccolto più elio che poteva. Questo elio è stato conservato ad Amarilla, Texas, nella Federal Helium Reserve (FHR). Oggi, circa il 40 per cento dell’elio della nazione è fornito dalla FHR. Tuttavia, gli Stati Uniti. il governo ha approvato leggi che impongono che la Federal Helium Reserve svenda le sue riserve e chiuda nel 2021, nel tentativo di recuperare i debiti che la riserva aveva sostenuto e di privatizzare il mercato.
Di conseguenza, i prezzi dell’elio sono rimasti abbastanza bassi — abbastanza bassi che non ci sentiamo troppo male nel lasciare che questa preziosa roba vada sprecata in palloncini per le feste di compleanno.
Nonostante questo, tuttavia, l’elio non è in realtà tutto ciò che a buon mercato, soprattutto non per i ricercatori che si basano su di esso per condurre esperimenti. Secondo un rapporto del 2016, i prezzi dell’elio sono aumentati del 250% nei cinque anni precedenti. Infatti, alcuni ricercatori hanno dovuto spendere più di un quarto dei loro fondi di sovvenzione per l’acquisto di elio liquido.
Una carenza di elio non danneggerà solo i ricercatori; la mancanza di elio per l’uso in applicazioni high-tech renderà la vita più difficile per tutti. In un’intervista con USA Today, il professore di fisica della Northwestern William Halperin ha dichiarato: “La carenza di elio che è presente ora — e che possiamo prevedere aumenterà — interesserà, in generale, tutti.”