اگرچه هلیوم Helium از عناصر موجود در هوا می باشد اما به دلیل اینکه تنها حدود 1% از هوای جو از هلیوم تشکیل شده است، جداسازی آن از عناصر دیگر هوا فرآیندی مشکل است که از نظر اقتصادی هم به صرفه نیست. منبع اصلی هلیوم از منابع گاز طبیعی می باشد. گاز هلیوم از فروپاشی عناصر رادیواکتیوی (radioactive) مانند thorium و Uranium درون زمین تشکیل می شود. مقداری از این گاز هلیوم ساخته شده درون لایه هایی از صخره ها محبوس شده و با گاز طبیعی مخلوط می شود. به دلیل اینکه هلیوم از لحاظ جرمی سبک تر از هواست، به راحتی وارد جو شده و از دسترس خارج می شود. در مكان هایی که امكان خروج هليوم از سطح زمين وجود نداشته باشد، این عنصر وارد ترکيب گاز طبيعی می شود.

هليوم یكی از 6 گاز نجیب موجود در طبیعت بوده و عنصری واکنش ناپذیر است. این عنصر در آب حل شده و دارای Thermal conduction بالایی می باشد. هليوم نقطه جوش (268.9- سانتیگراد) و ذوب (272.2- سانتیگراد) بسیار پایینی داشته و از این بابت، کاربردهای فراوانی برای این ماده در نظر گرفته می شود. هليوم مایع با کاهش دما به جامد تبدیل نمی شود و تا دمای صفر مطلق در حالت مایع باقی می ماند.

تولید و استخراج گاز هلیوم:

گازهلیوم از محصولات جانبی فرآیندهای گاز طبیعی است که با فرآیند استخراج cryogenic از گاز طبیعی جدا می شود. علاوه بر آن گازهلیوم از طریق جداسازی غشایی (Membrane separation) از گاز طبیعی نیز قابل استحصال می باشد. بنابراین دسترسی به این گاز بستگی به ذخایر گاز طبیعی دارد. برای جداسازی گازهلیوم دو مرحله وجود دارد. فرآیند تراکم کم دما و تغلیظ گازهلیوم و در نهایت پاکسازی گازهلیوم از ناخالصی هایی مانند متان (CH₄)، نیتروژن(N₂)، هیدروژن(H₂)، نئون (Ne) و آرگون (Ar) می باشد. تولید جهانی گازهلیوم در حدود 175 میلیون متر مکعب در سال است و آمریکا بزرگترین تولید کننده آن (52 در صد) به شمار می رود. کشور قطر 32 درصد از کل تقاضای جهان به هلیوم را تأمین می کند.

در روسیه گازهلیوم توسط یک شرکت تولید می شود (1% از کل تولید جهانی). کشورهای لهستان 1%، استرالیا 3% و الجزیره 6% از تولید جهانی گازهلیوم را در اختیار دارند. تولید سالانه هلیوم در دنیا 184 میلیون متر مکعب در سال 2011 بوده که از این مقدار کشور آمریکا 76%، الجزیره 11%، قطر 8% و سایر کشورها 5% تولید داشته اند. مناطقی در روسیه وجود دارد که دارای منابع غنی از هلیوم هستند اما فناوری تولید هلیوم در آن مناطق راه اندازی نشده است.

وضعیت منابع گازهلیوم در جهان:

تقاضای جهانی برای هلیوم همچنان در حال افزایش است و باعث نگرانی عمده در مورد منابع محدود گاز هلیوم می شود و در نتیجه زنجیره تامین را شکننده می کند. هلیوم مانند نفت منابع محدودی دارد و در صورت استفاده ی بی رویه از آن چیزی برای نسل آینده ی بشر باقی نخواهد ماند. مشکل استخراج گاز هلیوم این است که بسیاری از میادین گاز طبیعی دارای غلظت بالایی از هلیوم نیستند و استخراج هلیوم از چنین میادینی برای سطوح ناچیز گاز به دست آمده، بسیار پرهزینه خواهد بود. طبق گزارش جهان گاز، 75 درصد از هلیوم جهانی مصرف شده در سطح جهان عمدتاً به سه مکان محدود می شود: شهر صنعتی راس لافان در قطر، اکسون موبیل در وایومینگ و ذخیره ملی هلیوم در تگزاس. به عنوان گزینه دیگری برای تامین هلیوم در میان ترس از کمبود آن، برخی از محققان پیشنهاد کرده اند که هلیوم از طریق هوای مایع تولید شود، اما هزینه تولید هلیوم تولید شده امکان پذیر نیست، زیرا مقدار هلیوم موجود در هوا بسیار کم است. هلیوم عنصر پر کاربردی است که کاربردهای آن فراتر از معلق کردن بادکنک در هوا است. هلیوم در آب به میزان کمی حل می شود و دمای ذوب و جوش آن بسیار پایین است و به همین علت است که در دمای اتاق به صورت گاز است.

مهم ترین کاربردهای گازهلیوم:

در صنایع خنک سازی آهنربا های ابر رسانا، از این گاز به عنوان خنک کننده استفاده می شود. از این آهنرباها در MRI scanners استفاده می شود. از این گاز در صنایع جوشکاری با قوس الکتریک به عنوان هوای محافظ استفاده می شود. در ساخت Silicon tablets نیز از این گاز استفاده می شود. در بالابری کشتی های هوایی و بالون ها از هلیوم استفاده می شود. از گاز هلیوم در پزشکی، غواصی های عمیق و درمان آسم نیز استفاده می شود. علی رغم این که این گاز فراوانی زیادی در دنیا دارد، ولی روی کره ی زمین منابع محدودی دارد و‌ کاربرد گسترده ی این گاز روز به روز افزایش پیدا می کند و بر قیمت آن تاثیر می گذارد.

از این گاز علاوه بر مصارف پزشکی و درمانی برای شناور کردن بادکنک ها در هوا نیز می توان استفاده کرد. هلیوم نسبت به هوای اتمسفر بسیار سبک تر است، بنابراین هنگامی که بادکنک با این گاز پر شود در هوا معلق می شود و بالا می رود .زمانی که در اعماق زیاد میزان نیتروژن خون غواصان زیاد شود، نیتروژن باعث می شود زمانی که غواص در حال بازگشت به سطح آب است، نیتروژن به علت کاهش فشار ناگهانی به سرعت از خون خارج شود و به صورت حباب هایی در خون در می آید.

وجود هلیوم در کپسول اکسیژن کمک می کند غواص در اعماق زیاد بهتر تنفس کند و هنگام بازگشت به سطح آب خون دچار تخدیر نشود. گاز هلیوم در بالن های تبلیغاتی کاربرد گسترده ای دارد و به علت گران بودن هلیوم می توان از هلیوم میکس استفاده کرد. هلیوم میکس به صرفه تر است، اما هر هلیوم میکسی ایمن نیست، برای همین باید با کارشناسان مربوطه در ارتباط باشید. جراحان در عمل جراحی laparoscopy می توانند از گاز هلیوم به جای CO₂ استفاده کنند، چرا که عوارض تنفسی این گاز کم تر از CO₂ است. یافته های اخیر حاکی از آنند که هلیوم در حفاظت Myocardium از Ischemia مفید است. از این گاز برای کیسه های هوای خودروها استفاده می شود و استفاده از این گاز در پزشکی آن را به یکی از اجزای مهم زندگی بشر تبدیل کرده است.

عرضه و تقاضا (وضعیت كنونی و چشم انداز):

در دهه گذشته، تقاضای هليوم از عرضه آن بيشتر بوده و این موضوع به افزایش قيمت آن منجر شده است. پس از پایان یافتن دوره کمبودِ هليوم با شروع به کارِ واحد 2 هلیوم قطر تقاضا مجدداً به مقدار قبلی افزایش پيدا نكرد. علت آن نيز فراگيری روش های کاهش مصرف هليوم همچون بازیافت هليوم توسط مصرف کنندگان و محققان بوده است. دو کشور ایالات متحده و قطر، عمده هليوم جهان را تأمين می کنند. ازاینرو سياست های مرتبط با عرضه هليوم توسط این کشورها، نقش تعيين کنندهای در قيمت هليوم خواهد داشت. ایالات متحده علاوه بر عرضه هليوم، بخشی از آن را ذخيره می کند و حتی واردکننده هليوم نيز است.

قیمت گازهلیوم در دهه گذشته:

از آنجایی که منابع هلیوم در جهان محدود است اگر هر کدام از این کشورهای تولید کننده در تولید هلیوم مشکلی داشته باشند قیمت جهانی هلیوم به شدت متاثر می گردد. با توجه به کاربردهای وسيع هليوم در صنایع مختلف از جمله کاربردهای پزشكی و نظامی، روز به روز تقاضا برای این عنصر استراتژیک افزایش یافته است. امروزه کاربردهای هليوم در جهان رو به افزایش است و از این رو می توان از هليوم به عنوان عنصری استراتژیک نام برد. با بررسی و مقایسه شاخص قيمتی مواد مختلف ازجمله طلا، نقره، پلاتين، نفت خام و گاز طبیعی با شاخص قیمتی هلیوم، مشاهده میشود که رشد قيمت هليوم در دهه گذشته، بيشتر از سایر مواد بوده است. از دلایل افزایش بالای قیمت هلیوم، علاوه بر منابع محدود می توان به خاصیت تجدید ناپذیر و غیرقابل جایگزین بودن این گاز در انواع کاربردهایش اشاره کرد. البته در برخی از کاربردها می توان هلیوم را بازیافت کرد. در دهه گذشته تقاضای هليوم از عرضه آن بيشتر بوده و این موضوع منجر به افزایش قيمت این ماده شده است. بررسی ها نشان می دهد که در آینده تقاضای هليوم از عرضه آن بالاتر خواهد بود و این موضوع اهميت سرمایه گذاری در این حوزه را نشان می دهد.