بحران جهانی هلیوم؛ آیا نجات دومین عنصر فراوان کیهان در دل زمین پنهان است؟

new-carbon-free-helium-hunt_11zon — بحران جهانی هلیوم؛ آیا نجات دومین عنصر فراوان کیهان در دل زمین پنهان است؟

بحران جهانی هلیوم و آینده آن در اعماق زمین

۱. نجواهای کیهانی در عصر تکنولوژی

هلیوم، گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌نقص از نظر شیمیایی، عنصری است که زندگی مدرن ما به شکل شگفت‌انگیزی به آن وابسته است؛ از تصاویر پزشکی MRI تا ساخت تراشه‌های پیشرفته کامپیوتری و پرتاب‌های فضایی. این عنصر دومین عنصر فراوان در جهان است، اما بر خلاف فراوانی‌اش در ستارگان، بر روی سیاره زمین یک کالای استراتژیک، محدود و به شدت در معرض خطر محسوب می‌شود.

داستان هلیوم یک داستان تضاد است؛ داستانی که از مشاهده رنگ‌های خیره‌کننده یک خورشیدگرفتگی در قرن نوزدهم آغاز شد و اکنون در قلب رقابت‌های ژئوپلیتیکی و چالش‌های نوآورانه علمی قرن بیست و یکم قرار دارد. در دهه ۱۸۶۰، دانشمندان در حین تجزیه نور خورشید به وسیله طیف‌سنج، خطوط ناشناخته‌ای را مشاهده کردند که به هیچ عنصر زمینی شباهت نداشت. این “طلای گازی” از آسمان فرود آمد و نام خود را از خدای خورشید یونان، هلیوس، گرفت. اما امروز، این عنصر کیهانی، که در اعماق زمین به دام افتاده، در حال تبدیل شدن به یک گلوگاه حیاتی در زنجیره‌های تامین جهانی است.

بحران کنونی هلیوم، که در سال‌های اخیر شدت گرفته، صرفاً یک مشکل لجستیکی نیست؛ بلکه نشان‌دهنده یک آسیب‌پذیری ساختاری در زیرساخت‌های حیاتی جهان مدرن است. با توقف ناگهانی برخی از بزرگترین تاسیسات تولید هلیوم جهان و ناتوانی در جایگزینی سریع منابع، جهان با یک “نقطه بحرانی” مواجه شده است.

۲. هلیوم چیست و چرا دومین عنصر فراوان کیهان روی زمین کمیاب است؟

هلیوم (He)، عنصری با عدد اتمی ۲، سبک‌ترین گاز نجیب و دومین عنصر سبک کیهان است. ساختار اتمی آن شامل دو پروتون، دو نوترون (در رایج‌ترین ایزوتوپ، (^4\text{He})) و دو الکترون است. این پیکربندی الکترونی، لایه ظرفیت کامل آن را تضمین می‌کند که منجر به خصلت شیمیایی بسیار خنثی و واکنش‌ناپذیری فوق‌العاده می‌شود.

فراوانی کیهانی در برابر کمیابی زمینی

در کیهان، هلیوم پس از هیدروژن، فراوان‌ترین عنصر است. این وضعیت به این دلیل است که هلیوم محصول مستقیم واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در ستارگان است، جایی که هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شود. ستارگان، از جمله خورشید ما، تا حد زیادی از هلیوم تشکیل شده‌اند.

اما بر روی زمین، وضعیت کاملاً متفاوت است. زمین یک سیستم بسته نسبی در برابر تبادلات گازی با فضا است. هلیوم زمین عمدتاً از دو منبع اصلی تامین می‌شود:

هلیوم اولیه (Primordial Helium): مقدار بسیار ناچیزی از هلیوم که از زمان تشکیل سیاره باقی مانده است. این هلیوم به دلیل سبکی شدید، به راحتی به فضا فرار می‌کند (فرار اتمسفری).
هلیوم ثانویه (Radiogenic Helium): منبع اصلی هلیوم قابل استخراج تجاری بر روی زمین، محصول تجزیه رادیواکتیو عناصر سنگین‌تر مانند اورانیوم ((^ {238}\text{U})) و توریم ((^ {232}\text{Th})) در پوسته و گوشته زمین است.

واکنش کلیدی تجزیه آلفا که منجر به تولید هلیوم می‌شود، به صورت زیر است:
[ ^ {238}\text{U} \xrightarrow{\text{decay chain}} \text{…} \xrightarrow{\text{alpha emission}} ^ {234}\text{Th} \xrightarrow{\text{…}} ^ {4}\text{He} ]

از آنجا که هلیوم یک گاز نجیب و بسیار سبک است، به محض تولید در نزدیکی سطح یا در مکان‌هایی با نفوذپذیری بالا، به سرعت در جو فرار می‌کند. این فرار مداوم به فضا، همراه با نرخ تولید بسیار پایین نسبت به مصرف، سبب می‌شود هلیوم در لایه‌های سطحی زمین به شدت کمیاب باشد. تنها در مخازن زیرزمینی عمیق، جایی که هیدروکربن‌ها (گاز طبیعی و نفت) به دام افتاده‌اند و یک پوش‌سنگ نفوذناپذیر مانع مهاجرت آن می‌شود، غلظت‌های تجاری هلیوم (معمولاً بالای ۰.۳ درصد حجمی) شکل می‌گیرد. بنابراین، کمیابی زمینی هلیوم، نتیجه مستقیم عدم توانایی زمین در حفظ این گاز سبک در برابر نیروی جاذبه و فضا است، مگر در شرایط زمین‌شناسی خاص و نادر.

۳. تاریخچه کشف و صنعتی‌شدن هلیوم: از طیف‌سنج تا ابررساناها (۱۹۰۳ تا امروز)

تاریخچه هلیوم آمیخته با پیشرفت‌های نجوم و فیزیک در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم است.

کشف در افق (۱۸۶۸-۱۹۰۳)

همان‌طور که اشاره شد، خطوط طیفی ناشناخته در سال ۱۸۶۸ توسط پیر ژانسن و نورمن لاک‌یر در حین مشاهده خورشیدگرفتگی کشف شد. لاک‌یر این عنصر را به افتخار خورشید، هلیوم نامید. سال‌ها طول کشید تا دانشمندان سرانجام این عنصر را روی زمین بیابند. در سال ۱۹۰۳، دانشمندان دانشگاه کانزاس، ویلیام هیل براون و ه.پ. کایتلی، نمونه‌ای از گاز طبیعی استخراج شده از میدان نفتی بومونت، تگزاس را آزمایش کردند و دریافتند که حاوی مقادیر قابل توجهی هلیوم است. این کشف، هلیوم را از یک کنجکاوی کیهانی به یک منبع زمینی تبدیل کرد.

عصر صنعتی‌سازی و جنگ جهانی (۱۹۱۵-۱۹۴۵)

نیاز نظامی به یک گاز سبک‌تر از هیدروژن (که به شدت قابل اشتعال بود) برای پر کردن کشتی‌های هوایی (بالن‌های نظامی) در جنگ جهانی اول، محرک اصلی توسعه استخراج هلیوم شد. ایالات متحده، به دلیل داشتن ذخایر غنی‌تر در میدان‌های تگزاس و اوکلاهما، به سرعت به مرکز تولید هلیوم جهان تبدیل شد.

در سال ۱۹۲۵، دولت آمریکا اولین واحد تولید هلیوم را در شهر آمارایلو، تگزاس، تاسیس کرد. این تاسیسات، که بر اساس فرآیند تقطیر کسری (Cryogenic Distillation) کار می‌کردند، استاندارد صنعتی برای تولید هلیوم خالص باقی ماندند.

دوران طلایی و کاربردهای پیشرفته (۱۹۵۰-۲۰۰۰)

پس از جنگ جهانی دوم، تقاضا برای هلیوم به شدت افزایش یافت. این افزایش عمدتاً ناشی از:

عصر فضا: نیاز به سوخت موشک‌های پیشران (به عنوان گاز بالابرنده برای اکسیژن مایع در مخازن).
ظهور ابررسانایی: استفاده از هلیوم مایع (LHe) با دمای جوش (4.2 \text{ K}) ((-268.9^\circ \text{C})) برای خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI و شتاب‌دهنده‌های ذرات.

در طول این دوره، آمریکا عملاً کنترل کامل بازار جهانی هلیوم را در دست داشت و مخزنی استراتژیک (National Helium Reserve) در نزدیکی آمارایلو ایجاد کرد تا امنیت تامین را برای دهه‌های آینده تضمین کند.

ورود به بحران (۲۰۰۰ تا کنون)

در دهه ۲۰۰۰، با افزایش تقاضا در بخش فناوری اطلاعات (تولید فیبر نوری، نیمه‌هادی‌ها) و پزشکی، عرضه جهانی هلیوم به دلیل نوسانات در واحدهای تولیدی (عمدتاً در ایالات متحده، قطر، الجزایر و روسیه) دچار اختلال شد. در سال‌های اخیر، تعطیلی‌ها و کاهش تولید در برخی از سایت‌های بزرگ، به خصوص در پی فرسودگی یا مسائل فنی، جهان را به مرز بحران رساند و قیمت‌ها را به شدت افزایش داد. این امر، ضرورت یافتن منابع جدید و بهبود تکنیک‌های بازیافت را برجسته ساخت.

۴. نقش حیاتی هلیوم در پزشکی، فضا، فناوری کوانتومی و نیمه‌هادی‌ها

هلیوم، به دلیل ویژگی‌های فیزیکی منحصر به فردش، در چهار حوزه کلیدی مدرن، عنصری غیرقابل جایگزین است.

۴.۱. پزشکی: تصویربرداری و بیهوشی

مهم‌ترین کاربرد هلیوم در بخش پزشکی، خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانای دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) است.

خنک‌سازی ابررساناها: آهنرباهای MRI برای تولید میدان‌های مغناطیسی قوی و پایدار، به سیم‌پیچ‌هایی از جنس ابررسانا نیاز دارند. این سیم‌پیچ‌ها باید در دمایی بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق، حفظ شوند. هلیوم مایع ((T_b \approx 4.2 \text{ K})) تنها ماده مقرون به صرفه برای دستیابی به این دما است. بدون هلیوم مایع، عملکرد دستگاه‌های MRI مختل می‌شود.
بیهوشی: اگرچه کاربرد کمتری دارد، اما مخلوط هلیوم و اکسیژن (هلیوکس) گاهی به عنوان بیهوشی یا برای کمک به تنفس بیماران مبتلا به انسداد راه هوایی فوقانی استفاده می‌شود، زیرا چگالی کمتر آن مقاومت جریان هوا را کاهش می‌دهد.

۴.۲. فضا و صنایع پیشران

صنعت هوافضا بزرگترین مصرف‌کننده هلیوم در دهه‌های گذشته بوده است.

گاز بالابرنده (Lifting Gas): در حالی که هیدروژن کارایی بالاتری دارد، اما به دلیل خطر اشتعال، هلیوم در بادکنک‌های آب و هواشناسی و بالن‌های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم‌های فشاردهنده مخازن پیشران (Propellant Tank Pressurization): در موشک‌ها، هلیوم برای حفظ فشار لازم در مخازن اکسیژن مایع ((\text{LOX})) و هیدروژن مایع ((\text{LH}_2)) استفاده می‌شود تا پمپ‌های سوخت بتوانند آن را به موتورها منتقل کنند. نشت هلیوم در این سیستم‌ها می‌تواند منجر به شکست ماموریت شود.

۴.۳. فناوری کوانتومی و ابررسانایی پیشرفته

فراتر از MRI، هلیوم نقش محوری در فیزیک مدرن ایفا می‌کند:

ابررساناهای دما-بالا: هرچند تلاش‌هایی برای استفاده از خنک‌کننده‌های جایگزین وجود دارد، بسیاری از آزمایش‌های فیزیک انرژی بالا (مانند LHC در سرن) که از ابررساناهای نیوبیوم-تیتانیوم استفاده می‌کنند، نیازمند هلیوم مایع هستند.
کامپیوترهای کوانتومی: در ساخت کیوبیت‌ها (Qubits)، به ویژه کیوبیت‌های ابررسانا، حفظ دماهای بسیار پایین (در محدوده میلی‌کلوین) ضروری است. این امر نیازمند استفاده از یخچال‌های رقیق‌سازی (Dilution Refrigerators) است که بخش اعظم کار خود را مدیون هلیوم-۳ و هلیوم-۴ مایع هستند.

۴.۴. نیمه‌هادی‌ها و فیبر نوری

تولید پیشرفته‌ترین تراشه‌های سیلیکونی و فیبرهای نوری به محیط‌های کنترل‌شده و خنثی نیاز دارد که هلیوم بهترین گزینه است.

جوشکاری و پوشش‌دهی: در فرآیندهای لیزری و جوشکاری با پرتو الکترونی در ساخت نیمه‌هادی‌ها، هلیوم به عنوان گاز محافظ (Shielding Gas) استفاده می‌شود تا از اکسیداسیون و آلودگی مواد حساس جلوگیری کند.
تولید فیبر نوری: در تولید فیبرهای نوری با کیفیت بالا، هلیوم برای کنترل دما و ایجاد محیطی خنثی در کوره‌های کشش فیبر به کار می‌رود.

۵. بحران جهانی هلیوم: دلایل، پیامدها و ژئوپلیتیک

بحران فعلی هلیوم را نمی‌توان تنها به کمبود ذخایر نسبت داد؛ بلکه ترکیبی از عوامل عرضه، تقاضا و ساختار ژئوپلیتیکی بازار عامل اصلی آن است.

۵.۱. دلایل ریشه‌ای بحران

بحران هلیوم ذاتاً یک “بحران عرضه متمرکز” است.

الف) وابستگی به گاز طبیعی: هلیوم تجاری تقریباً همیشه به عنوان یک محصول جانبی (By-product) از استخراج گاز طبیعی در میدان‌هایی با غلظت بالا (بیش از ۰.۳ درصد) به دست می‌آید. این وابستگی به این معنی است که تولید هلیوم تابعی از تقاضا برای گاز طبیعی است، نه تقاضای مستقیم برای هلیوم. اگر تقاضا برای گاز طبیعی کاهش یابد، تاسیسات هلیوم نیز ممکن است تعطیل شوند.

ب) تمرکز جغرافیایی عرضه: بیش از ۶۰ درصد هلیوم جهان از تنها چند نقطه جغرافیایی تامین می‌شود: ایالات متحده، قطر، الجزایر و اخیراً روسیه. تعطیلی یا کاهش تولید در هر یک از این مراکز، شوک بزرگی به سیستم وارد می‌کند.

ج) عمر مفید تاسیسات تولیدی: بسیاری از تاسیسات بزرگ تقطیر کسری هلیوم قدیمی هستند و نیاز به تعمیرات اساسی یا جایگزینی دارند. تعمیرات اساسی ممکن است ماه‌ها یا حتی سال‌ها طول بکشد، در حالی که تقاضا همچنان ادامه دارد.

د) افزایش تقاضا در بخش فناوری پیشرفته: رشد خیره‌کننده در بخش‌های نیمه‌هادی‌ها، کامپیوترهای کوانتومی و پروژه‌های فضایی (به ویژه SpaceX و برنامه آرتمیس ناسا) تقاضا را به سطحی رسانده که زیرساخت‌های تولید قدیمی قادر به پاسخگویی به آن نیستند.

۵.۲. پیامدهای اقتصادی و عملیاتی

پیامد مستقیم بحران، افزایش نجومی قیمت‌ها و ایجاد اختلال در زنجیره تامین است.

افزایش قیمت: قیمت هلیوم در بازه‌های بحرانی بیش از ۴۰۰ درصد افزایش یافته است. این افزایش مستقیماً بر هزینه تولید کالاهای حیاتی مانند MRI و میکروچیپ‌ها تاثیر می‌گذارد.
جیره‌بندی و اولویت‌بندی: بیمارستان‌ها، مراکز تحقیقاتی و صنایع حساس مجبور به جیره‌بندی هلیوم می‌شوند. در برخی موارد، پروژه‌های تحقیقاتی بلندمدت متوقف شده و برخی MRIهای قدیمی از رده خارج شده‌اند.
آسیب‌پذیری امنیت ملی: برای کشورهایی که منابع هلیوم داخلی ندارند، تامین این گاز به یک مسئله امنیت ملی تبدیل شده است، زیرا اختلال در تجهیزات پزشکی یا نظامی می‌تواند رخ دهد.

۵.۳. ژئوپلیتیک هلیوم: سلاح گازی؟

هلیوم به عنوان یک منبع طبیعی محدود، دارای ابعاد ژئوپلیتیکی قابل توجهی است. کنترل بر منابع بزرگ هلیوم به صادرکنندگان اهرم فشار می‌دهد.

انحصار آمریکا و خاورمیانه: تا پیش از ظهور روسیه و چین، بازار به شدت تحت نفوذ آمریکا (از طریق ذخایر استراتژیک) و قطر بود.
نقش روسیه: توسعه میدان‌های عظیم گاز در سیبری، روسیه را به یک بازیگر کلیدی تبدیل کرده است، اما پروژه‌های بزرگ هلیومی آن‌ها اغلب به دلیل تحریم‌ها یا چالش‌های فنی با موانع روبرو بوده‌اند.
رقابت بر سر ذخایر جدید: کشف ذخایر بالقوه جدید، به ویژه در آفریقا و استرالیا، منجر به رقابت‌های سرمایه‌گذاری بین‌المللی شده است. کشورهایی که دارای منابع گاز طبیعی با غلظت هلیوم بالا هستند، از مزیت استراتژیک قابل توجهی برخوردارند.

۶. ردپای کربنی استخراج هلیوم و چالش‌های زیست‌محیطی

استخراج هلیوم، گرچه برای فناوری‌های پیشرفته حیاتی است، اما از نظر زیست‌محیطی هزینه‌بر است، زیرا به طور جدایی‌ناپذیری به فرآیندهای پرمصرف انرژی متصل است.

فرآیند تولید: تقطیر کرایوژنیک

هلیوم به طور معمول در غلظت‌های پایین (کمتر از ۱ درصد) در مخلوط گاز طبیعی یافت می‌شود. استخراج آن نیازمند فرآیندی است که شامل تقطیر کسری در دماهای بسیار پایین است.

جداسازی اولیه: گاز طبیعی ابتدا باید برای حذف آلاینده‌هایی مانند دی‌اکسید کربن، سولفید هیدروژن و بخار آب تصفیه شود.
سرمایش شدید: مخلوط گاز (عمدتاً متان و هلیوم) به دمای کرایوژنیک ((\approx -190^\circ \text{C})) رسانده می‌شود تا متان و سایر هیدروکربن‌ها مایع شوند و از هلیوم جدا گردند.
تقطیر نهایی: هلیوم خام که اکنون غلظتی بین ۵۰ تا ۹۰ درصد دارد، از طریق فرآیندهای پیچیده‌تر تقطیر کسری در دماهای پایین‌تر، به خلوص ۹۹.۹۹۹ درصد یا بالاتر می‌رسد.

ردپای کربنی (Carbon Footprint)

این فرآیندها به دلیل نیاز به سرمایش مداوم و فشرده‌سازی گازها، به شدت انرژی‌بر هستند.

مصرف انرژی بالا: سیکل‌های تبرید (Refrigeration Cycles) مورد نیاز برای رساندن گازها به دمای زیر نقطه جوش متان (حدود (112- \text{K})) و سپس هلیوم (حدود (4.2 \text{ K})) نیازمند مصرف شدید برق یا انرژی حرارتی هستند.
انتشار گازهای گلخانه‌ای: از آنجایی که تولید هلیوم به منابع گاز طبیعی وابسته است، هرگونه آلودگی محیط زیستی مرتبط با استخراج و فرآوری گاز طبیعی (مانند متان فرار) به طور غیرمستقیم به ردپای هلیوم اضافه می‌شود.

چالش زیست‌محیطی: این پارادوکس انرژی-هلیوم یک چالش بزرگ برای آینده است. جهان به دنبال کربن‌زدایی است، در حالی که برای حفظ زیرساخت‌های حیاتی خود به یک محصول فرآوری‌شده با ردپای کربنی قابل توجه وابسته است. این امر فشار را بر توسعه روش‌های استخراج هلیوم با بازده انرژی بالاتر یا یافتن منابع جایگزین (مانند استخراج از منابع اتمسفری یا زمین‌گرمایی که در ادامه بررسی می‌شود) افزایش می‌دهد.

۷. زمین‌شناسی تولید و مهاجرت هلیوم در پوسته زمین

فهمیدن اینکه هلیوم چگونه در زمین شکل گرفته و به مخازن تجاری می‌رسد، کلید حل بحران آینده است. فرآیند زمین‌شناسی هلیوم یک داستان چند مرحله‌ای است که میلیون‌ها سال طول می‌کشد.

۷.۱. چشمه‌های رادیوژنیک و پتانسیل هسته‌ای

همانطور که اشاره شد، هلیوم اصلی زمین محصول واپاشی آلفا اورانیوم و توریم است. این عناصر در سنگ‌های لیتوسفر (پوسته و گوشته بالایی) متمرکز شده‌اند. نرخ تولید هلیوم به دو عامل بستگی دارد:

غلظت عناصر زاینده: مناطقی با سنگ‌های گرانیتی غنی از اورانیوم و توریم، پتانسیل بالاتری برای تولید هلیوم دارند.
دما و زمان: فرآیند واپاشی وابسته به دما است و زمان کافی برای تجمع هلیوم در یک فضای محبوس لازم است.

۷.۲. مکانیسم مهاجرت و به دام افتادن (Trapping Mechanism)

هلیوم تولید شده به صورت اتمی در ماتریس سنگ‌های میزبان به دام می‌افتد. برای ایجاد یک مخزن قابل بهره‌برداری، این هلیوم باید:

آزاد شود: با افزایش دما در عمق، پیوندهای شیمیایی که هلیوم را نگه داشته‌اند شکسته شده و اتم‌های هلیوم آزاد می‌شوند.
مهاجرت کند: هلیوم آزاد شده (که بسیار سبک است) شروع به مهاجرت رو به بالا (Buoyancy-driven migration) می‌کند.
به دام بیفتد: در مسیر مهاجرت رو به بالا، هلیوم باید توسط یک سازند زمین‌شناسی نفوذناپذیر به نام “پوش‌سنگ” (Seal Rock) مسدود شود.

به دلیل کوچک بودن اتم هلیوم و سبکی ذاتی‌اش، نفوذپذیری آن از طریق سنگ‌ها بسیار بالاست. این بدان معناست که تنها پوش‌سنگ‌های بسیار مؤثر (مانند سنگ‌های تبخیری ضخیم یا لایه‌های ضخیم شیل نفوذناپذیر) می‌توانند مانع فرار هلیوم به جو شوند. این نفوذناپذیری است که مخازن تجاری هلیوم را به ندرت و ارزشمند می‌سازد.

۷.۳. تفاوت زمین‌شناسی هلیوم و گاز طبیعی

نکته کلیدی در زمین‌شناسی هلیوم این است که هلیوم اغلب در مخازن خالی از هیدروکربن (Non-hydrocarbon gas fields) یافت می‌شود، یا در مخازنی که غلظت هیدروکربن در آن‌ها پایین است. هیدروکربن‌ها (مانند متان) نیز محصول تجزیه مواد آلی در دماهای متوسط هستند و مکانیسم‌های مهاجرتی مشابهی دارند. اما هلیوم رادیوژنیک اغلب از منابع عمیق‌تر یا با سن زمین‌شناسی متفاوت سرچشمه می‌گیرد. این تفاوت در منشأ (رادیواکتیو در مقابل آلی) تعیین می‌کند که کدام مخازن شانس داشتن هلیوم کافی را دارند.

۸. مکانیسم تشکیل مخازن هلیوم عاری از هیدروکربن (۵ شرط زمین‌شناسی)

مخازن هلیوم که از نظر اقتصادی صرفه به استخراج دارند، باید مجموعه‌ای نادر از شرایط زمین‌شناسی را برآورده کنند. این شرایط اغلب برای مخازن هیدروکربنی استاندارد صدق نمی‌کند. در اینجا، ما بر روی پنج شرط کلیدی برای تشکیل مخازن با غلظت بالای هلیوم تمرکز می‌کنیم که برای استراتژی‌های آینده اکتشاف حیاتی هستند.

شرط ۱: منبع غنی هلیوم در عمق (Source Richness)

باید یک لایه زیرین (Source Rock) با غلظت بالای عناصر زاینده هلیوم (اورانیوم و توریم) وجود داشته باشد. این سنگ‌ها معمولاً گرانیت‌های پرسلیکون یا سنگ‌های دگرگونی باستانی هستند که در معرض فرآیندهای گرمایی طولانی قرار گرفته‌اند. هرچه نرخ تولید در عمق بیشتر باشد، پتانسیل ذخیره نیز بالاتر است.

شرط ۲: فرآیند “حرارتی و گازی شدن” (Thermal Maturation and Degassing)

سنگ منبع باید به اندازه کافی عمیق یا گرم باشد تا هلیوم را از شبکه کریستالی خود آزاد کند (از طریق گسیختگی حرارتی یا انتشار). اگر سنگ بیش از حد گرم شود (بیش از (175^\circ \text{C}) برای اورانیوم-۲۳۸)، ممکن است هلیوم به سرعت فرار کرده و به سمت جو برود. زمان‌بندی حرارتی برای به دام افتادن حیاتی است.

شرط ۳: نفوذپذیری و مهاجرت موثر (Effective Migration Pathways)

هلیوم آزاد شده باید بتواند از طریق ترک‌ها، گسل‌ها یا لایه‌های متخلخل به سمت بالا حرکت کند. این فرآیند اغلب از طریق کانال‌هایی شبیه به نشت گاز متان اتفاق می‌افتد، اما به دلیل سبکی فوق‌العاده هلیوم، مکانیسم‌های گرانشی در اینجا اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.

شرط ۴: پوش‌سنگ فوق‌العاده نفوذناپذیر (Impermeable Caprock Integrity)

این شاید مهم‌ترین شرط باشد. پوش‌سنگ باید یک سد کامل در برابر نفوذ هلیوم ایجاد کند. بهترین پوش‌سنگ‌ها شامل:

تبخیری‌ها (Evaporites): لایه‌های ضخیم نمک (مانند در تانزانیا یا مناطقی از خاورمیانه) که به دلیل ساختار بلوری خود، نفوذپذیری تقریباً صفر دارند.
شیل‌های ضخیم و فشرده: شیل‌های حاوی مقادیر کمی از کربنات‌ها یا مواد آلی که به خوبی فشرده شده باشند.

ناکارآمدی یا وجود گسل‌های فعال که پوش‌سنگ را قطع کنند، منجر به هدر رفتن هلیوم می‌شود.

شرط ۵: حوضه بسته گیرنده (Closed Receptor Basin)

مخزن نهایی باید یک سازند نفوذپذیر (مانند ماسه‌سنگ متخلخل) باشد که توسط پوش‌سنگ (شرط ۴) مهر و موم شده است. این مخزن باید به اندازه کافی بزرگ و عمیق باشد تا بتواند تجمع هلیوم در طول میلیون‌ها سال را پشتیبانی کند. گاهی اوقات، نشت آهسته متان از مخازن عمیق‌تر می‌تواند هلیوم را به بالا هدایت کرده و در یک ساختار تله (Trap Structure) به دام اندازد.

۹. مطالعات موردی عمیق: جغرافیا و پتانسیل‌های نادیده گرفته شده

اکتشاف هلیوم دیگر محدود به مثلث سنتی ایالات متحده، قطر و الجزایر نیست. تمرکز تحقیقاتی Golden Science Insight بر مناطقی است که شرایط زمین‌شناسی ذکر شده در بالا را به شیوه‌ای منحصر به فرد ارائه می‌دهند.

۹.۱. تانزانیا و رافت شرق آفریقا (The East African Rift)

حوضه شرق آفریقا، یک سیستم فعال گسلی است که به طور گسترده‌ای برای منابع انرژی گرمایی و هیدروکربنی مورد مطالعه قرار گرفته است. این منطقه یک مثال کلاسیک از پتانسیل هلیوم ثانویه است.

زمین‌شناسی کلیدی: فعالیت‌های تکتونیکی شدید در طول این ریفت، باعث شده است که سنگ‌های گوشته‌ای (که غنی از اورانیوم/توریم هستند) به عمق‌های کمتر نزدیک شوند و هلیوم تولید شده، از طریق گسل‌های فعال به سمت بالا مهاجرت کند.
شواهد: اکتشافات اخیر در تانزانیا، به‌ویژه در منطقه ماهایه (Mahiwa)، نشان داده است که گازهای استخراج شده دارای غلظت‌های بسیار بالایی از هلیوم (تا بیش از ۱۰ درصد حجمی) هستند، که اغلب عاری از متان یا دارای غلظت‌های پایین آن هستند.
مزیت: این ذخایر غالباً “هلیوم اولیه” یا هلیوم ناشی از گوشته‌ای هستند که مکانیزم تشکیل آن‌ها مستقل از تشکیل گاز طبیعی آلی است، و این آن‌ها را برای زمان بحران بسیار ارزشمند می‌سازد.

۹.۲. مینه‌سوتا و ریفت میدکانتیننت (Midcontinent Rift System – MCR)

سیستم ریفت میدکانتیننت یک ساختار گسلی قدیمی است که از دوران پیش از کامبرین به جا مانده و در زیر بخش‌های وسیعی از غرب میانه آمریکا (از جمله مینه‌سوتا، ویسکانسین و میشیگان) گسترده شده است.

پتانسیل: این ساختار حاوی مقادیر قابل توجهی از سنگ‌های آذرین و دگرگونی است که از نظر رادیواکتیویته غنی هستند.
چالش‌ها: اگرچه منبع هلیوم ممکن است وجود داشته باشد، مشکل اصلی در “مهر و موم” کردن آن است. در بسیاری از نقاط، لایه‌های پوش‌سنگ ممکن است به اندازه کافی ضخیم نباشند یا توسط فرآیندهای زمین‌شناسی بعدی دچار شکستگی شده باشند. اکتشافات در این منطقه بر روی شناسایی تله‌های جدیدی متمرکز شده که هلیوم را به دام انداخته باشند.

۹.۳. گرینلند شرقی: مناطق پایدار و بکر

گرینلند، به ویژه بخش‌های شرقی و شمال شرقی آن که بخشی از سپر زمین‌شناسی اسکاندیناوی هستند، دارای سنگ‌های باستانی و پایدار است که پتانسیل بالایی برای غلظت بالای عناصر رادیواکتیو دارند.

مزیت استخراج: شرایط زمین‌شناسی سخت و جمعیتی کم، ممکن است موانع لجستیکی ایجاد کند، اما اگر مخازنی با کیفیت بالا یافت شوند، عدم وجود رقابت برای گاز طبیعی در این مناطق، فرآیند اکتشاف را ساده‌تر می‌کند.
تمرکز بر ایزوتوپ‌ها: در این مناطق، علاوه بر هلیوم-۴، بررسی ایزوتوپ‌های هلیوم برای تشخیص منشأ دقیق (زمین‌زایی یا گوشته‌ای) اهمیت بیشتری دارد.

۹.۴. هند، ایران، و پتانسیل خاورمیانه

خاورمیانه به دلیل تاریخچه غنی نفت و گاز، منطقه‌ای است که هلیوم هم به عنوان محصول جانبی گاز طبیعی (مانند قطر) و هم به عنوان محصول وابسته به سنگ‌های قدیمی‌تر پتانسیل دارد.

ایران: ایران دارای برخی از بزرگترین میدان‌های گازی جهان است که به طور طبیعی حاوی مقادیر قابل توجهی هلیوم هستند (مثلاً در میدان پارس جنوبی). چالش ایران عمدتاً مربوط به فناوری استخراج کارآمد و اقتصادی‌سازی جداسازی هلیوم از متان است.
هند (مناطق دکن): فلات دکن هند حاوی سنگ‌های آذرین بازالتی است که به طور طبیعی غنی از اورانیوم هستند. تحقیقات اولیه نشان می‌دهد که این سنگ‌ها می‌توانند به عنوان منابع پراکنده اما بالقوه بزرگ هلیوم در آینده عمل کنند، به شرطی که مکانیسم‌های مهاجرت مناسب وجود داشته باشد.

۹.۵. یلوستون و محدودیت‌های استخراج

پارک ملی یلوستون در وایومینگ، ایالات متحده، یک مثال بحث‌برانگیز از “منبع داغ” هلیوم است. این منطقه دارای یک نقطه داغ گوشته‌ای فعال است که گازها را به سطح می‌رساند.

پتانسیل: گازهایی که از برخی از چشمه‌های آب گرم یلوستون خارج می‌شوند، حاوی غلظت‌های هلیوم بسیار بالایی هستند (در برخی موارد تا بیش از ۵۰ درصد).
محدودیت‌ها: به دلیل وضعیت حفاظتی پارک ملی، هرگونه فعالیت اکتشاف و استخراج در این منطقه ممنوع است. این ذخایر به عنوان یک ذخیره استراتژیک طبیعی باقی می‌مانند، اما برای تامین نیازهای فعلی بازار قابل دسترس نیستند. این مورد، اهمیت توسعه منابع خارج از مناطق حفاظت‌شده را دوچندان می‌کند.

۱۰. آینده صنعت هلیوم: اقتصاد، سیاست و امنیت انرژی

بحران کنونی زنگ خطری برای دولت‌ها و صنایع بود که نشان داد هلیوم دیگر یک کالای عمومی نیست، بلکه یک دارایی استراتژیک است. آینده صنعت هلیوم بر سه محور اصلی استوار خواهد بود: نوآوری اقتصادی، دخالت سیاسی و تضمین امنیت عرضه.

۱۰.۱. تغییر پارادایم اقتصادی: فراتر از گاز طبیعی

تا کنون، هلیوم یک محصول جانبی بوده است. آینده مستلزم تمرکز بر “استخراج هلیوم به عنوان محصول اصلی” است.

اکتشاف هلیوم مستقل: سرمایه‌گذاری در اکتشاف میادینی که به طور خاص برای هلیوم با غلظت بالا طراحی شده‌اند (مانند تانزانیا)، به جای تکیه بر میدان‌های گاز طبیعی. این امر نیازمند مدل‌های اقتصادی جدیدی است که بتوانند هزینه‌های بالای استخراج را با قیمت‌های بالای هلیوم توجیه کنند.
توسعه میدان‌های ثانویه: تمرکز بر مناطقی که هلیوم از سنگ‌های مادر قدیمی‌تر (مانند سپرها) آزاد شده و در سازندهای قدیمی‌تر به دام افتاده‌اند، نه لزوماً در مخازن هیدروکربنی جوان.

۱۰.۲. سیاست‌گذاری و ذخایر استراتژیک

دولت‌ها باید از تجربه آمریکا در ایجاد ذخایر استراتژیک هلیوم (National Helium Reserve) درس بگیرند.

تنوع بخشی به منابع: ایجاد توافق‌نامه‌های بین‌المللی برای تضمین دسترسی به منابع از قاره‌های مختلف برای کاهش ریسک ژئوپلیتیکی.
مقررات قیمت‌گذاری: در دوره‌های بحران، دخالت دولت برای جلوگیری از احتکار و تثبیت قیمت‌های پایه برای صنایع حساس مانند پزشکی ضروری است.
سرمایه‌گذاری در اکتشاف دولتی: دولت‌ها باید نقش فعال‌تری در حمایت از اکتشافات اکتشافی در مناطق دارای پتانسیل زمین‌شناسی مشخص داشته باشند، جایی که ریسک‌های اولیه برای بخش خصوصی بسیار بالاست.

۱۰.۳. امنیت انرژی و طبقه‌بندی هلیوم

امنیت انرژی باید فراتر از نفت و گاز تعریف شود. هلیوم باید در ردیف مواد حیاتی قرار گیرد.

تعریف هلیوم به عنوان منبع استراتژیک: بسیاری از کشورها باید هلیوم را رسماً به عنوان یک منبع استراتژیک (هم‌سطح با عناصر خاکی کمیاب یا اورانیوم) طبقه‌بندی کنند و ذخایر احتیاطی در سطوح ملی ایجاد نمایند.
تضمین زیرساخت‌های تولیدی: حمایت مالی برای نوسازی و ساخت کارخانه‌های تقطیر جدید با ظرفیت بالا و فناوری‌های بهینه‌سازی انرژی.

۱۱. بازیافت هلیوم، فناوری‌های جایگزین و سناریوهای آینده

با توجه به محدودیت‌های عرضه و هزینه‌های بالا، آینده هلیوم به شدت به افزایش بهره‌وری و کاهش اتلاف بستگی دارد.

۱۱.۱. انقلاب در بازیافت هلیوم (Helium Recycling)

از آنجا که هلیوم نشت کرده به راحتی به جو می‌رود، بازیافت در محل استفاده، حیاتی‌ترین استراتژی کوتاه‌مدت است.

سیستم‌های بازیابی در MRI: در حال حاضر، بسیاری از دستگاه‌های MRI به طور مداوم مقداری هلیوم مایع را به عنوان بخار هلیوم از دست می‌دهند (Venting). استقرار سیستم‌های بازیابی پیشرفته که می‌توانند این بخار را جمع‌آوری، خالص‌سازی و دوباره به مایع تبدیل کنند، می‌تواند مصرف را تا ۹۰ درصد کاهش دهد.
بازیافت در محیط‌های آزمایشگاهی: در مراکز تحقیقاتی و کارخانجات نیمه‌هادی، نصب سیستم‌های کرایوژنیک کوچک برای فریز کردن گاز خروجی و بازیابی هلیوم، باید به استاندارد صنعتی تبدیل شود. این کار نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه است، اما در طولانی‌مدت به دلیل قیمت بالای هلیوم، توجیه‌پذیر است.

۱۱.۲. فناوری‌های جایگزین و محدودیت‌ها

آیا می‌توان هلیوم را جایگزین کرد؟ در برخی کاربردها بله، اما در کاربردهای حیاتی خیر.

جایگزین‌های خنک‌کننده: برای کاربردهای دمایی بالاتر از (10 \text{ K})، می‌توان از نیتروژن مایع یا یخچال‌های پالتر-بلچر (Pulse Tube Refrigerators) استفاده کرد. اما برای دمای ۴.۲ کلوین مورد نیاز در MRI و محاسبات کوانتومی، هلیوم مایع تقریباً تنها گزینه است.
جایگزین‌های گازی: برای کاربردهایی مانند جوشکاری، گاز آرگون یا حتی نیتروژن می‌توانند جایگزین شوند، اما خواص الکتریکی و حرارتی آن‌ها برتر نیستند.

۱۱.۳. سناریوهای آینده: از بحران تا پایداری

سه سناریو اصلی برای یک دهه آینده قابل تصور است:

سناریو ۱: تداوم بحران و رکود (Business as Usual): منابع موجود کاهش می‌یابند، قیمت‌ها همچنان بالا می‌مانند و صنایع حساس مجبور به کاهش تولید می‌شوند. این سناریو نوآوری‌های بزرگ در بازیافت را به کندی پیش می‌برد.

سناریو ۲: جهش تکنولوژیکی (The Breakthrough): توسعه موفقیت‌آمیز و تجاری‌سازی روش‌های استخراج هلیوم از منابع غیرمعمول (مانند معادن زیرزمینی قدیمی با سنگ‌های رادیواکتیو) یا پیشرفت چشمگیر در بازیافت، عرضه را به سرعت افزایش می‌دهد. این امر نیازمند سرمایه‌گذاری‌های عظیم دولتی-خصوصی در حوزه‌های اکتشاف زمین‌شناسی جدید است.

سناریو ۳: اصلاح ساختاری اجباری (Forced Restructuring): افزایش قیمت‌ها به حدی می‌رسد که باعث می‌شود صنایع پیشرفته (مانند تولید تراشه) به طور ریشه‌ای در طراحی خود تغییر ایجاد کنند و سیستم‌هایی با مصرف هلیوم بسیار پایین یا بدون هلیوم توسعه دهند. این سناریو منجر به کاهش بلندمدت تقاضای پایدار هلیوم خواهد شد.

۱۲. جمع‌بندی تحلیلی (Clark-Style Insight)

هلیوم یک “مصرف‌ناپذیر” (Non-Renewable) با ماهیتی متناقض است. در حالی که در کیهان بی‌پایان است، در پوسته زمین، ماده‌ای است که به دلیل فرار طبیعی‌اش، با نرخی بسیار کندتر از نرخ مصرف تولید می‌شود. بحران هلیوم، نتیجه ساده‌ای از اقتصاد عرضه و تقاضا نیست، بلکه یک شکست در زیرساخت‌های زمین‌شناسی، مهندسی و سیاست‌گذاری است.

از دیدگاه Golden Science Insight 2025، آینده هلیوم در گرو دو محور است: عمق و چرخه بسته.

عمق: ما باید به طور جدی اکتشاف را به مناطق زمین‌شناختی جدید، به ویژه مناطق فعال تکتونیکی و سپر‌های پایدار، هدایت کنیم (مانند شرق آفریقا)، جایی که هلیوم نه به عنوان همراه متان، بلکه به عنوان یک گاز مستقل از منشأ رادیوژنیک عمیق، به دام افتاده است. موفقیت در این اکتشافات، به معنی رهایی از وابستگی به منابع هیدروکربنی است.

چرخه بسته: فناوری بازیافت نباید یک گزینه اضافی باشد؛ باید به عنوان یک الزام عملیاتی در هر نقطه‌ای که هلیوم مایع استفاده می‌شود، تعبیه شود. این امر نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه وابستگی به نوسانات سیاسی و تولید جهانی را نیز کم خواهد کرد.

در نهایت، هلیوم نه تنها یک محصول صنعتی، بلکه یک ضرورت زیرساختی است. نادیده گرفتن این بحران، نه تنها پیشرفت در پزشکی و فناوری کوانتومی را متوقف می‌کند، بلکه امنیت ملی را نیز به خطر می‌اندازد. زمان آن رسیده است که هلیوم را از جایگاه یک “محصول جانبی” خارج کرده و آن را به عنوان یک “منبع استراتژیک پایدار” مورد توجه قرار دهیم که نیازمند مدیریت دقیق منابع، نوآوری‌های کرایوژنیک و درک عمیق‌تر از زمین‌شناسی اعماق زمین است. شکست در این زمینه، ما را مجبور خواهد کرد که در سایه محدودیت‌های این “طلای گازی” زندگی کنیم.

سؤالات متداول کاربران (FAQ) پیرامون بحران هلیوم

این بخش به تحلیل عمیق و سئو-محورترین سؤالاتی می‌پردازد که کاربران و متخصصان در مورد بحران هلیوم و آینده آن مطرح می‌کنند.

۱. هلیوم چیست و چه تفاوتی با هیدروژن دارد که جایگزین نمی‌شود؟
هلیوم (He) یک گاز نجیب است که واکنش‌ناپذیری بسیار بالایی دارد و در دماهای بسیار پایین مایع می‌شود ((4.2 \text{ K})). هیدروژن ((\text{H}_2)) بسیار واکنش‌پذیرتر است، خطر آتش‌سوزی و انفجار دارد و نقطه جوش آن بسیار پایین‌تر است ((20.3 \text{ K}))، که خنک‌سازی با آن بسیار دشوارتر و گران‌تر است، به ویژه برای کاربردهای حساس مانند MRI.

۲. چرا هلیوم دومین عنصر فراوان در کیهان است اما روی زمین کمیاب تلقی می‌شود؟
هلیوم در ستارگان از طریق همجوشی هسته‌ای تولید می‌شود. روی زمین، هلیوم به دلیل جرم مولکولی پایین و فشار بخار بسیار بالا، تمایل شدیدی به فرار از میدان گرانشی زمین به فضا دارد. منابع زمینی فقط از تجزیه رادیواکتیو (اورانیوم/توریم) در سنگ‌های پوسته تامین می‌شوند که فرآیندی بسیار کُند است.

۳. بزرگترین کاربرد هلیوم در حال حاضر چیست و کدام بخش بیشترین تأثیر را از بحران می‌پذیرد؟
بزرگترین کاربرد هلیوم مایع در خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانا در دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) است. صنایع پزشکی و تحقیقاتی (به ویژه فیزیک ذرات و کامپیوترهای کوانتومی) بیشترین آسیب‌پذیری را در برابر نوسانات عرضه دارند.

۴. منظور از “هلیوم رادیوژنیک” چیست؟
هلیوم رادیوژنیک هلیومی است که به طور طبیعی در پوسته زمین و گوشته بر اثر واپاشی آلفای عناصر سنگین مانند اورانیوم ((^ {238}\text{U})) و توریم ((^ {232}\text{Th})) تولید می‌شود. این منبع، منبع اصلی هلیوم تجاری است.

۵. آیا گاز طبیعی همیشه حاوی هلیوم است؟
خیر. هلیوم تنها در میدان‌هایی با غلظت بالا (معمولاً بیش از ۰.۳ درصد حجمی) به صورت تجاری قابل استخراج است. بسیاری از منابع بزرگ گاز طبیعی فاقد غلظت کافی هلیوم هستند.

۶. مهم‌ترین چالش‌های زمین‌شناسی برای یافتن ذخایر جدید هلیوم کدامند؟
پنج شرط اصلی شامل: منبع غنی رادیواکتیو، فرآیند “گرمایی و گازی شدن” مناسب، مسیرهای مهاجرت کارآمد، وجود یک پوش‌سنگ نفوذناپذیر (مانند نمک یا شیل ضخیم) و یک حوضه گیرنده بسته است.

۷. ذخایر هلیوم در تانزانیا چه تفاوتی با ذخایر قطر دارند؟
ذخایر قطر عمدتاً هلیوم همراه با گاز طبیعی آلی هستند. ذخایر تانزانیا (و مناطق ریفت شرق آفریقا) بیشتر از نوع هلیوم رادیوژنیک-گوشته‌ای هستند که از طریق گسل‌ها و فعالیت‌های تکتونیکی به سطح نزدیک شده‌اند و اغلب خلوص بالاتری دارند و مستقل از تولید متان هستند.

۸. فرآیند تولید هلیوم خالص چگونه انجام می‌شود و چرا انرژی‌بر است؟
فرآیند اصلی، تقطیر کسری کرایوژنیک (Cryogenic Distillation) است. این فرآیند شامل سرمایش گاز طبیعی تا دماهای بسیار پایین (نزدیک به منفی ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و سپس پایین‌تر) برای مایع کردن متان و جداسازی هلیوم است، که به شدت انرژی‌بر است.

۹. آیا ذخایر استراتژیک هلیوم ایالات متحده در حال کاهش است؟
بله. ذخیره استراتژیک ملی هلیوم آمریکا (National Helium Reserve) که برای تضمین امنیت عرضه ایجاد شده بود، در سال‌های اخیر به دلیل قوانین کنگره برای فروش مداوم به منظور جبران هزینه‌های نگهداری، به طور پیوسته در حال تخلیه بوده است و اکنون در آستانه اتمام است.

۱۰. چه اقداماتی برای کاهش ردپای کربنی استخراج هلیوم لازم است؟
از آنجا که استخراج هلیوم وابسته به گاز طبیعی است، کاهش ردپای کربنی نیازمند بهینه‌سازی فرآیندهای تبرید کرایوژنیک، استفاده از منابع انرژی پاک برای تامین برق تاسیسات، و مهم‌تر از همه، حرکت به سمت منابع هلیوم مستقل از متان است.

۱۱. آیا امکان بازیافت هلیوم از دستگاه‌های MRI وجود دارد؟
بله. با نصب سیستم‌های جمع‌آوری و بازیابی بخار هلیوم (Cryo-Trap Systems) که بخار هلیوم خارج شده را جمع‌آوری، خالص‌سازی و دوباره مایع می‌کنند، می‌توان مصرف را تا ۹۰ درصد کاهش داد.

۱۲. هلیوم-۳ چه نقشی در آینده تکنولوژی دارد و آیا منبع آن با هلیوم-۴ متفاوت است؟
هلیوم-۳ (He-3) برای یخچال‌های رقیق‌سازی در کامپیوترهای کوانتومی حیاتی است. منبع اصلی هلیوم-۳ نیز تجزیه رادیواکتیو (از طریق تریتیم) است، اما میزان آن بسیار کمتر از هلیوم-۴ است. بخش عمده He-3 مورد نیاز اغلب از بازیافت هلیوم مایع قدیمی به دست می‌آید.

۱۳. چه کشورهایی در حال حاضر به عنوان تولیدکنندگان اصلی هلیوم شناخته می‌شوند؟
ایالات متحده، قطر، الجزایر و روسیه بزرگترین تولیدکنندگان سنتی هستند. با این حال، کشورهایی مانند استرالیا و کانادا نیز در حال توسعه منابع جدید هستند.

۱۴. ژئوپلیتیک هلیوم چگونه بر امنیت انرژی تأثیر می‌گذارد؟
تمرکز جغرافیایی منابع، به صادرکنندگان اهرم فشار می‌دهد. وابستگی صنایع حیاتی (پزشکی و دفاعی) به این منابع محدود، هلیوم را به یک اهرم ژئوپلیتیکی تبدیل کرده است، مشابه عناصر خاکی کمیاب.

۱۵. آیا هلیوم می‌تواند کاملاً با گازهای دیگر جایگزین شود؟
در کاربردهای عمومی مانند جوشکاری، آرگون یا نیتروژن می‌توانند جایگزین شوند. اما در کاربردهای نیازمند دمای نزدیک صفر مطلق (مانند MRI یا ابررساناهای LHC)، هلیوم مایع عملاً جایگزین پذیر نیست.

۱۶. چه معنایی دارد که هلیوم را یک منبع “مصرف‌ناپذیر” بدانیم؟
مصرف‌ناپذیر به این معناست که اگرچه این ماده بر روی زمین تجزیه نمی‌شود، اما از طریق فرآیندهای طبیعی (فرار به فضا) یا فرآیندهای صنعتی (اتلاف)، به سرعت از دسترس خارج می‌شود و نرخ جایگزینی آن بسیار کندتر از نرخ مصرف است.

۱۷. آیا استخراج هلیوم از جو زمین از نظر اقتصادی امکان‌پذیر است؟
استخراج از جو (که غلظت هلیوم کمتر از ۵ ppm است) از نظر انرژی و هزینه بسیار ناکارآمد است. این تنها در صورتی توجیه‌پذیر است که قیمت هلیوم به طور نجومی افزایش یابد یا تکنیک‌های جذب بسیار کارآمدی کشف شود.

۱۸. نقش یلوستون در تأمین هلیوم چیست؟
چشمه‌های یلوستون حاوی هلیوم با خلوص بسیار بالا (تا ۵۰ درصد) هستند که نشان‌دهنده منشأ گوشته‌ای عمیق است. با این حال، به دلیل وضعیت پارک ملی، استخراج از آن ممنوع است و این یک منبع غیرقابل دسترس باقی می‌ماند.

۱۹. با توجه به بحران، آیا صنایع هوش مصنوعی و نیمه‌هادی‌ها به دنبال راه‌حل‌های جدید هستند؟
بله. شرکت‌های تولید تراشه به طور فعال در حال سرمایه‌گذاری در سیستم‌های بازیافت در محل (On-site Recycling) هستند و همچنین طراحی مجدد فرآیندهای ساخت (مانند لیتوگرافی) برای کاهش وابستگی به چرخه هلیوم مایع را بررسی می‌کنند.

۲۰. پیش‌بینی بلندمدت برای قیمت هلیوم چیست؟
پیش‌بینی می‌شود که تا زمانی که منابع بزرگ جدیدی در شرق آفریقا یا استرالیا به بهره‌برداری نرسند یا تکنیک‌های بازیافت به طور کامل صنعتی نشوند، قیمت‌ها در سطح بالایی باقی بمانند. هرگونه اختلال عمده در تولید قطر یا روسیه منجر به جهش‌های کوتاه‌مدت و شدید خواهد شد.

ورود / ثبت نام