آینده گاز هلیوم، آیا منابع رو به کاهش هستند؟

مقدمه

در صورت کاهش عرضه گاز هلیوم در بازار جهانی، پیامدهای قابل‌توجهی در سطح صنایع پیشرفته و اقتصاد جهانی ایجاد می‌شود. افزایش چشمگیر قیمت‌ها نخستین اثر آن خواهد بود، زیرا هلیوم گازی کمیاب و غیرقابل‌جایگزین در بسیاری از کاربردهای حیاتی است. بخش‌هایی مانند تصویربرداری پزشکی (MRI)، تولید نیمه‌هادی‌ها، صنایع هوافضا، تحقیقات علمی و فناوری‌های برودتی بیشترین آسیب را خواهند دید. تداوم کمبود می‌تواند موجب توقف یا کاهش ظرفیت تولید در این صنایع و در نتیجه افزایش هزینه‌های تحقیق، تولید و خدمات وابسته شود در این مقاله شرکت گاز اردستان به روند عرضه و تقاضای این گاز پر اهمیت می پردازد

گاز هلیوم و اهمیت آن در صنعت و فناوری

گاز هلیوم (Helium)

به‌طور طبیعی از واپاشی عناصر پرتوزای اورانیوم و توریم در اعماق پوسته زمین تولید می‌شود. این گاز معمولاً در ذخایر گاز طبیعی به دام می‌افتد و به‌عنوان محصول جانبی در فرآیند استخراج گاز طبیعی بازیابی می‌شود. هلیوم به‌دلیل چگالی پایین، نقطه جوش بسیار پایین، و بی‌اثربودن شیمیایی، کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف دارد. از مهم‌ترین کاربردهای آن می‌توان به استفاده در سامانه‌های خنک‌کننده ابررساناها نظیر دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی MRI، صنایع جوشکاری با دمای بالا، تولید نیمه‌رساناها و فیبرهای نوری، ناوبری هوایی شامل بالن‌ها و کشتی‌های هوایی، و صنایع هوافضا اشاره کرد کمبود یا محدودیت در دسترسی به گاز  هلیوم می‌تواند چالش‌های جدی برای پیشرفت فناوری، توسعه علمی و کارایی سیستم‌های حساس به‌وجود آورد. از این‌رو، مدیریت منابع هلیوم و توسعه فناوری‌های بازیافت آن، از اولویت‌های استراتژیک در سطح جهانی به‌شمار می‌رود .

منابع گاز هلیوم

این امر از تجزیه عناصر رادیواکتیو اورانیوم و توریم حاصل می شود که در نتیجه به ذرات سرب و آلفا تبدیل می شوند. پوسیدگی آلفای رادیوژنیک از اتم های پایدار هلیوم ساطع می کند. با این حال ، میدان گرانشی زمین قادر به جلوگیری از فرار هلیوم از جو ما نیست. بنابراین ، غلظت اتمسفر هلیوم تعادل پویایی بین انتشار هلیوم از پوسته زمین و از بین رفتن هلیوم به فضای عمیق را نشان می دهد.

غلظت کم هلیوم در جو یک مانع اقتصادی برای استخراج هلیوم از جو است. هلیوم نیز می تواند از  منابع زیر استخراج شود:

سنگ معدن مونوازیت ، حاوی حدود ۱۰٪ اکسید توریم ، بقیه اکسیدهای کمیاب زمین است.

تریتیوم ، یک ایزوتوپ سنگین هیدروژن است که برای افزایش عملکرد سلاح های هسته ای استفاده می شود. هلیم -۳ محصول پوسیدگی تریتیوم است. هلیوم -۳ از سلاح های هسته ای متلاشی یا تجدید شده برداشت می شود.

ستونهای گرم از منافذ هیدروترمال زیر آب. محتوای هلیوم در گلدانهای گرم از ۱٪ تا ۲٪ هلیوم است.

گازهای گرم از چشمه های حرارتی. محتوای هلیوم از ۱٪ تا ۱۰٪ هلیوم متغیر است.

گازهای هیدروکربن طبیعی تصفیه نشده از برخی میادین گاز طبیعی. محتوای هلیوم می تواند از ۸ تا حجم حجمی باشد.

روند مصرف و تقاضای گاز هلیوم

بازار جهانی گاز هلیوم طی سال‌های اخیر دستخوش تحولات قابل‌توجهی شده است و روند رشد، عرضه و تقاضای آن به‌شدت تحت تأثیر عوامل ژئوپلیتیکی، فنی و اقتصادی قرار گرفته است. بر اساس گزارش‌های معتبر، ارزش بازار جهانی هلیوم در سال ۲۰۲۴ بین ۴.۱ تا ۵.۶ میلیارد دلار برآورد شده است و پیش‌بینی می‌شود که این رقم در سال ۲۰۲۵ به حدود ۴.۳۸ تا ۵.۶۲ میلیارد دلار برسد. این روند حاکی از نرخ رشد سالانه ترکیبی (CAGR) قابل‌توجهی بین ۶.۷ تا ۸.۳ درصد برای دوره یکساله  است، که نشانگر جایگاه راهبردی این گاز در صنایع پیشرفته می باشد .

چشم‌انداز منطقه‌ای تقاضای گاز هلیوم

روند تقاضای جهانی گاز هلیوم در مناطق مختلف جهان، متأثر از توسعه صنعتی، زیرساخت‌های پزشکی و فناوری‌های نوین، با الگوهای متفاوتی در حال گسترش است. در این میان، منطقه آسیا و  اقیانوسیه به‌عنوان پویاترین و پرشتاب‌ترین بازار در حال رشد، با نرخ رشد سالانه ترکیبی بین ۵ تا ۷ درصد، جایگاه ویژه‌ای دارد. توسعه گسترده صنایع نیمه‌رسانا، تجهیزات تصویربرداری پزشکی، فناوری‌های مرتبط با فضا و سرمایه‌گذاری‌های کلان در کشورهایی مانند چین، هند و کره‌جنوبی، اصلی‌ترین محرک‌های این رشد محسوب می‌شوند.

در اروپا، تقاضا برای هلیوم با روندی پایدار و باثبات ادامه دارد. نرخ رشد مصرف در این منطقه حدود ۱ تا ۲ درصد در سال تخمین زده می‌شود. صنایع تخصصی مانند نشت‌سنجی، تولید نیمه‌رسانا، فیبر نوری، و به‌ویژه بخش سلامت، از مصرف‌کنندگان اصلی هلیوم در اروپا به‌شمار می‌روند. کشورهای صنعتی نظیر آلمان، فرانسه و هلند با پیشینه پژوهشی و زیرساخت‌های پیشرفته، نقش کلیدی در ثبات مصرف این گاز ایفا می‌کنند.

در منطقه خاورمیانه و آفریقا، اگرچه سهم از بازار جهانی حدود ۳ درصد است، اما تقاضا در این منطقه با نرخ سالانه بین ۲.۵ تا ۳.۵ درصد در حال افزایش است. قطر و الجزایر به‌عنوان تولیدکنندگان اصلی، همچنان در خط مقدم تأمین جهانی قرار دارند. در کنار آن، مناطق جنوب و جنوب‌غربی آفریقا نیز به دلیل توسعه تدریجی زیرساخت‌های پزشکی، تحقیقاتی و صنعتی، در حال ورود به زنجیره تقاضای رو به رشد هلیوم هستند.

آمریکای شمالی همچنان بزرگ‌ترین مصرف‌کننده گاز هلیوم در سطح جهانی به شمار می‌رود و با در اختیار داشتن حدود ۳۸.۶ درصد از سهم بازار، نقشی راهبردی دارد. درآمد این منطقه از بازار هلیوم در سال ۲۰۲۳ بالغ بر ۱.۳۹ میلیارد دلار برآورد شده و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد سالانه حدود ۷.۷ درصد ادامه یابد. تمرکز مصرف در این منطقه عمدتاً در حوزه‌های پیشرفته‌ای چون فناوری‌های پزشکی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، صنایع هوافضا، و تحقیقات علمی قرار دارد.

بحران کمبود گاز هلیوم در سالهای آینده ،آیا منابع رو به کاهش هستند؟

چشم‌انداز منابع گاز هلیوم با چالشی دوسویه و عمیق روبه‌روست؛ از یک‌سو، رشد فزاینده تقاضا در صنایع پیشرفته، و از سوی دیگر، محدودیت‌های ساختاری در تأمین پایدار این عنصر حیاتی. با وجود اینکه هلیوم از فراوان‌ترین عناصر در کیهان است، اما منابع قابل‌استخراج آن در کره زمین بسیار محدود بوده و عمدتاً به ذخایر خاص گاز طبیعی وابسته‌اند. در حال حاضر، عمده هلیوم تجاری جهان به‌عنوان محصول جانبی در فرآیند استخراج گاز طبیعی به‌دست می‌آید؛ وابستگی‌ای که تولید آن را به نوسانات بازار جهانی گاز طبیعی و توسعه میادین خاص گره زده است. اگرچه پروژه‌هایی برای استخراج مستقیم هلیوم از چاه‌های اختصاصی در حال پیشرفت است، اما این رویکرد هنوز با موانعی چون پیچیدگی زمین‌شناسی، هزینه‌های بالای عملیاتی، و ریسک‌های ژئوپلیتیکی جدی مواجه است. این شرایط، عرضه جهانی هلیوم را به‌شدت آسیب‌پذیر و متأثر از اختلالات زنجیره تأمین ساخته است.

در مقابل، تقاضا برای هلیوم به‌ویژه در حوزه‌های پیشرفته علمی و فناوری با سرعت قابل‌توجهی در حال افزایش است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تا سال ۲۰۳۵، میزان تقاضای جهانی برای هلیوم ممکن است تا دو برابر سطح فعلی رشد یابد. این افزایش عمدتاً ناشی از گسترش استفاده از هلیوم در تولید نیمه‌رساناها، تجهیزات الکترونیکی پیشرفته و صنایع تراشه‌سازی است؛ جایی که هلیوم نقشی حیاتی در خنک‌سازی و حفظ محیط‌های ایزوله و پاک دارد. افزون بر آن، رشد پیوسته در نصب و بهره‌برداری از دستگاه‌های تصویربرداری MRI در حوزه پزشکی، مصرف این گاز را برای خنک‌کردن آهنرباهای ابررسانا به‌طور مداوم افزایش داده است. همچنین در صنعت هوافضا، به‌واسطه ویژگی‌هایی چون چگالی پایین، بی‌اثر بودن شیمیایی و رسانایی گرمایی بالا، هلیوم در کاربردهایی نظیر سامانه‌های پیشران، ماهواره‌ها و فناوری‌های فضایی نقشی غیرقابل جایگزین ایفا می‌کند.

این شکاف نگران‌کننده میان عرضه محدود و تقاضای فزاینده، هلیوم را به عنصری استراتژیک و مستعد کمبود در آینده نزدیک تبدیل کرده است. برای مقابله با این بحران بالقوه، مجموعه‌ای از اقدامات در سطح جهانی در حال اجراست؛ از جمله توسعه فناوری‌های نوین برای استخراج از منابع مستقل و غیرسنتی، بهینه‌سازی فرآیندهای جداسازی در پالایشگاه‌های گاز طبیعی، سرمایه‌گذاری در سامانه‌های بازیافت هلیوم در مراکز پرمصرف مانند بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها، و نیز انجام تحقیقات پیشرفته برای یافتن جایگزین‌هایی محدود در برخی از کاربردهای خاص. با این حال، موفقیت این اقدامات نیازمند همکاری‌های بین‌المللی، برنامه‌ریزی راهبردی، و سرمایه‌گذاری مستمر در حوزه فناوری و زیرساخت است

روش‌های بازیابی و تصفیه هلیوم

بازیافت و احیاء: یکی از روشهای اولیه بازیابی هلیوم شامل بازیافت و احیا است. این فرآیند مستلزم جمع آوری، تصفیه و فشرده سازی هلیوم از کاربردهای مختلف آن است. تاسیسات تخصصی بازیافت از روش‌های تقطیر و خالص‌سازی برای حذف ناخالصی‌ها و آلاینده‌ها استفاده می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که هلیوم برای استفاده مجدد مناسب است. سپس هلیوم بازیافت شده را می توان دوباره به بازار معرفی کرد و فشار بر ذخایر گاز طبیعی را کاهش داد.

تقطیر کریوژنیک (Cryogenic Distillation)

در این روش، مخلوط گازها تا دماهای بسیار پایین سرد می‌شود تا به حالت مایع درآیند. از آنجایی که گازهای مختلف در دماهای متفاوتی منجمد می‌شوند، امکان جداسازی آنها بر اساس نقطه انجماد فراهم می‌شود. هلیوم به دلیل نقطه جوش بسیار پایین، آخرین گازی است که جامد می‌شود. این روش نه تنها هلیوم خالص را از مخلوط گازها استخراج می‌کند، بلکه سایر عناصر ارزشمند نیز می‌توانند به طور همزمان جداسازی و ذخیره شوند.

تکنولوژی جداسازی غشایی (Membrane Separation)

غشاهای نیمه‌تراوا هلیوم را از سایر گازها بر اساس اندازه ذرات یا تفاوت حل‌شوندگی جدا می‌کنند. این فرآیند مانند یک غربال عمل می‌کند که ذرات بزرگ‌تر را حفظ کرده و اجازه عبور هلیوم و ذرات کوچک‌تر را می‌دهد.

تصفیه با مایع‌سازی (Liquefaction Refinement)

هلیوم ناخالص تا دماهای بسیار پایین سرد می‌شود تا به حالت مایع درآید. ناخالصی‌ها به دلیل نقاط ذوب بالاتر ته‌نشین می‌شوند و هلیوم خالص باقی می‌ماند.

جذب با نوسان فشار (Pressure Swing Adsorption – PSA)

این روش شامل سیستم فشار متغیر است که بین مراحل جذب در فشار بالا و آزادسازی در فشار پایین نوسان می‌کند. گازهای ناخواسته بر روی ماده جاذب گیر می‌کنند، در حالی که هلیوم خالص بدون مانع عبور می‌کند.

قیمت گذاری و تهیه ی گاز هلیوم

با توجه به گرید (خلوص) و حجم درخواستی، قیمت گاز هلیوم متغیر می‌باشد. برای دریافت استعلام قیمت دقیق و مشاوره فنی لطفاً با کارشناسان شرکت گاز اردستان از طریق شماره‌های تماس مندرج در وب‌سایت شرکت تماس حاصل فرمایید. کارشناسان ما آماده‌اند تا پیشنهاد قیمت و راهکار مناسب با نیاز شما را ارائه نمایند.

سخن پایانی

گاز هلیوم با وجود سهم اندک در جو زمین، در اقتصاد و فناوری جهان نقشی کلیدی دارد. افزایش تقاضا در صنایع پیشرفته و محدودیت منابع، چشم‌انداز کمبود آن را پررنگ کرده است. راهکارهای اصلی برای مدیریت این بحران شامل سرمایه‌گذاری در استخراج منابع مستقل، توسعه فناوری‌های نوین جداسازی و بازیافت، و همکاری‌های بین‌المللی در مدیریت زنجیره تأمین است. آینده بازار هلیوم وابسته به میزان موفقیت این راهبردها خواهد بود