- hoewel het vaak wordt gebruikt om ballonnen zweven, helium is eigenlijk een kostbare, niet-hernieuwbare hulpbron.
- zonder helium kan veel wetenschappelijk onderzoek niet worden uitgevoerd, en technologie zoals MRI-machines zal niet werken.de vraag naar helium is enorm en groeit; er is geen manier om kunstmatig helium economisch te creëren en er is geen manier voor de heliumvoorraden op aarde om de vraag te ondersteunen.
Helium is het op een na meest voorkomende element in het universum, goed voor 23 procent van alle normale materie. Maar ondanks het feit dat het heel gewoon is in het universum, is het buitengewoon zeldzaam op aarde. Voor elke miljoen deeltjes lucht in onze atmosfeer, is slechts ongeveer 5,2 daarvan helium.
wanneer heliumballonnen worden losgelaten op het verjaardagsfeestje van een kind, ontsnapt dat helium in de bovenste atmosfeer. Helium is een uitzonderlijk licht element, dus stijgt het naar de top van de atmosfeer, waar het het minst dicht is. Je zou kunnen denken dat een licht gas als helium hier vast zou zitten, omhoog geduwd door de dichtere lucht eronder en naar beneden geduwd door de zwaartekracht van de aarde. Maar heliummoleculen zo hoog in de atmosfeer kunnen gemakkelijk worden blootgesteld aan de zonnewind — stromen van hoog-energetische deeltjes van onze zon — die het helium onherroepelijk de ruimte in blaast.
Dit is het lot van de 6,2 miljard kubieke voet helium die we in een jaar gebruiken. Simpel gezegd, helium is een eindige hulpbron op aarde, en als het opraakt betekent het veel meer opgeven dan ballonnen en piepende stemmen.
Wat is er zo speciaal aan helium?
Helium heeft enkele unieke eigenschappen waardoor het voor veel onderzoekers en wetenschappers een kritische stof is. Het belangrijkste is dat geen enkel ander element zo koud kan worden als helium zonder te bevriezen. Helium bevriest helemaal niet. Zodra helium is gekoeld tot ongeveer 4 Kelvin, wordt het een vloeistof. De Kelvin schaal is een absolute maat van de temperatuur gebaseerd op de mate van beweging in moleculen, dus 0 Kelvin is zo koud als fysiek mogelijk. Voor wat perspectief op hoe koud 4 Kelvin is, het werkt uit te zijn -452.47 Fahrenheit-or, -269.15 Celsius.
Dit is van belang vanwege een andere ontdekking die wetenschappers hebben gedaan: bepaalde materialen verliezen alle elektrische weerstanden bij voldoende afkoeling. Deze worden supergeleiders genoemd, en ze worden gebruikt in een breed scala aan hightech apparaten-deeltjesversnellers, bepaalde kernreactoren, massaspectrometers en MRI-machines. Zonder vloeibaar helium zijn deze technologieën niet mogelijk en is er geen levensvatbare substitutiestof.
waar halen we helium vandaan?
een kaart van de belangrijkste gasvelden in de VS die een economisch levensvatbare concentratie van helium bevatten en de gasvelden die dat niet doen. Bron: American Physical Society, Materials Research Society, American Chemical Society
het helium dat we op aarde vinden is eigenlijk het product van radioactief verval. Radioactieve mineralen gemaakt van uranium en thorium zenden alfadeeltjes uit, die bestaan uit twee protonen en twee neutronen. Deze alfadeeltjes trekken snel elektronen aan en veranderen in heliumatomen. Op deze manier wordt naar schatting 3.000 ton helium per jaar gegenereerd. Dit maakt echter nauwelijks een deuk in onze jaarlijkse consumptie. Dat 6,2 miljard kubieke voet helium dat we in het hierboven genoemde jaar verbruiken, converteert naar ongeveer 32.000 ton (ervan uitgaande dat de kubieke voet gemeten wordt bij 70°F en onder de normale atmosfeer van de aarde). De overgrote meerderheid van de heliumreserves waarop we vertrouwen om deze gewoonte te ondersteunen zijn het product van miljoenen jaren van geleidelijke accumulatie.
niet al het helium dat in de Aarde wordt gegenereerd is gemakkelijk toegankelijk, en zelfs wanneer het gemakkelijk toegankelijk is, is het vaak niet economisch haalbaar om helium te verzamelen. Nadat helium wordt gevormd door radioactieve elementen diep onder de grond, vindt het gas zijn weg naar dezelfde afzettingen als aardgas. Als gevolg hiervan wordt het grootste deel van helium ingezameld door aardgasbedrijven als bijkomend voordeel. Helaas, de grenzen van de huidige technologie betekenen dat zijn enige waarde gasbedrijven’ tijd om helium te verzamelen als er een meer dan 0,3 procent concentratie. Bijgevolg wordt een vrij aanzienlijke hoeveelheid helium gewoon afgevoerd.
als helium zo vitaal is, waarom is het dan zo goedkoop?toen Zeppelin ‘ s en andere op helium gebaseerde luchtschepen van vitaal belang leken voor de nationale defensie, verzamelde de Amerikaanse overheid zoveel mogelijk helium. Dit helium werd opgeslagen in Amarilla, Texas, in de Federal Helium Reserve (FHR). Tegenwoordig wordt ongeveer 40 procent van het helium van de natie geleverd door de FHR. Echter, de VS de regering heeft wetten aangenomen die voorschrijven dat de Federal Helium Reserve haar reserves verkoopt en sluit in 2021, in een poging om de schulden van de reserve terug te verdienen en de markt te privatiseren.
als gevolg daarvan zijn de heliumprijzen vrij laag gebleven-laag genoeg dat we ons niet al te slecht voelen over het verspillen van dit kostbare spul in ballonnen voor verjaardagsfeestjes.
ondanks dit, is helium eigenlijk niet zo goedkoop, vooral niet voor onderzoekers die erop vertrouwen om experimenten uit te voeren. Volgens een 2016 rapport, helium prijzen gestegen met 250 procent in de vijf jaar daarvoor. In feite hebben sommige onderzoekers meer dan een kwart van hun subsidiegelden moeten besteden aan de aankoop van vloeibaar helium. een heliumtekort zal niet alleen onderzoekers schaden; het gebrek aan helium voor gebruik in high-tech toepassingen zal het leven voor iedereen moeilijker maken. In een interview met USA Today zei Northwestern physics professor William Halperin: “het tekort aan helium dat nu aanwezig is — en waarvan we kunnen verwachten dat het zal toenemen — zal in grote lijnen iedereen beïnvloeden.”