گاز هلیوم ، تولید آن از گاز طبیعی و کاربرد آن

گاز هلیوم یکی از گازها نجیب است که رنگ، مزه و بو ندارد. به لطف خواص بی‌همتای آن،  گاز هلیوم در بخش‌های مختلفی از صنعت و علم مورد استفاده فراوان قرار می‌گیرد.

ساکن خورشید

گاز هلیوم برای اولین بار در اتمسفر خورشید کشف شد. این اکتشاف به سال ۱۸۶۸ میلادی برمی‌گردد، زمانی که ستاره‌شناسان فرانسوی و انگلیسی به نام‌های «پیر جولز» و «جوزف نورمن لاکیِر» تحقیقات خود را در این حوزه انجام می‌دادند.

طی یک خورشید گرفتگی (کسوف)، این دانشمندان به روش طیف‌شناسی نور تابیده شده از خورشید را مطالعه کردند (آن‌ها نور تابیده شده را به کمک یک منشور به رنگ‌های مختلف تجزیه کردند) و در این حین متوجه یک رگه جدید از نور زرد شدند که قبلا با آن برخورد نداشتند، رنگی که هیچ یک از عناصر شناخته شده آن زمان از خود نمی‌تابیدند.

«جوزف نورمن لاکیِر» این عنصر را هلیوم نامید که از لغت یونانی به نام «هلیوس» یا خورشید گرفته بود. این دانشمند باور داشت که عنصر کشف شده یک فلز است. به همین دلیل در انتهای اسم انتخابی خود از “um” استفاده کرد که معمولا نشانگر عنصرهای فلزی است.

در رتبه دوم، بعد از هیدروژن

هلیوم دومین عنصر فراوان در کیهان است اما به ندرت در زمین پیدا می‌شود. اولین دانشمندی که توانست گاز هلیوم را در زمین ردیابی و پیدا کند «ویلیام رمزی» اسکاتلندی بود که این گاز را از کلویت (کانی پرتوزای اورانیوم) به دست آورد.

اما هلیوم امروزه بیشتر از گازهای طبیعی به دست می‌آید. در روسیه فقط یک شرکت این گاز را تولید می‌کند و آن شرکت “GPP” یا «کارخانه پردازش گاز اورنبرگ» که بخشی از شرکت «گَز پروم» است….

میدان نفتی و میعانات گازی اورنبرگ ذخایر هلیوم ناچیزی دارد : سهم این ماده از کل گازهای موجود تنها ۰٫۰۵۵% است. ذخایر غنی بیش از ۰٫۵% هلیوم در خود نگهداری می‌کنند در حالی که نرخ استاندارد بین ۰٫۱% تا ۰٫۵% است. تمام منابع گازی با ذخیره هلیوم زیر ۰٫۱% منابع فقیر محسوب می‌شوند.

ذخایر و تولیدات

ذخایر شناخته شده جهانی هلیوم بالغ بر ۴۱ هزار میلیارد لیتر است. بیشتر این ذخایر در قطر، الجزایر، آمریکا و روسیه قرار دارند. تولید سالانه جهانی هلیوم در حدود ۱۷۵ هزار میلیون لیتر و آمریکا بزرگ‌ترین تولید کننده آن است. به تازگی کشور روسیه موفق به تولید ۵ هزار میلیون لیتر در سال شد. دلیل آن تمرکز ذخایر در سیبری شرقی و خاور دور روسیه است، جایی که در ابتدای مسیر پیشرفت قرار دارد. همچنین حجم هلیوم در گاز این مناطق میزان قابل توجه ۰٫۲ تا ۰٫۸ درصد است.

ذخایر و تولیدات

جداسازی و ایزوله کردن گاز هلیوم از سایر گاز در دو مرحله انجام می‌شود. در مرحله اول، تراکم در دمای بسیار پایین ذخیره هلیوم می‌سازد. سهم ماده مورد نظر از کل حجم گاز در این حالت حداقل ۸۰% است.

در مرحله دوم، ذخیره هلیوم از ناخالصی‌هایی مانند متان، نیتروژن، هیدروژن، نئون و آرگون پاک می‌‌شود.

پرواز به سوی موفقیت

هلیوم محصولی یکتا و منحصر به فرد است. نقطه جوش بسیار پایینی (منهای ۲۶۸ درجه سانتیگراد) دارد، رسانای گرمایی بسیار موثری است و الکتریسیته نیز به خوبی از آن می‌گذرد. به لطف این خواص شیمیایی، هلیوم در بخش‌هایی مختلف صنعت مانند هوانوردی، هوافضا، الکترونیک، انرژی هسته‌ای و بهداشت و سلامت در حجم‌های بالا استفاده می‌شود.

گاز هلیوم در ساختن میکس‌های تنفسی نیز به کار می‌رود که شامل ساختن میکرواتمسفر سفینه‌های سرنشین‌دار، غواصی در آب‌های عمیق و معالجه آسم و پرکردن بالن‌های و سفینه‌های هوایی می‌شوند. هلیوم سمی نیست و مقادیر کم استشمام شده آن به همراه هوای عادی بی‌ضرر است.

میکس‌های تنفسی به کار رفته در غواصی از خطر ابتلا به بیماری‌های ناشی از کاهش فشار جلوگیری می‌کند. می‌دانیم که مقدار نیتروژن حال شده در خون غواص به نسبت عمق غوطه‌وری افزایش پیدا می‌کند. در هنگام بالا آمدن، مازاد نیتروژن آزاد می‌شود. اگر برگشت به سطح ناگهانی و سریع باشد، آزادسازی نیتروژن نیز شتاب یافته و در نتیجه آن خون به نظر به جوش می‌آید ؛ حباب‌های کوچک نیتروژن مانند هوای آزاد شده هنگام بازکردن در یک نوشابه بیرون می‌ریزند. به کار بردن محلول‌های کم هلیوم در میکس تنفسی غواصان، از روی دادن چنین حادثه‌هایی جلوگیری می‌کند.

هلیوم به معالجه بیماری‌های تنفسی مانند آسم نیز کمک می‌کند. میکس تنفسی غنی‌ شده با هلیوم چگالی پایین‌تری دارد و راحت‌تر استنشاق می‌شود.

خواص منحصر به فرد این ماده آن را برای ذوب فلز و فلزکاری مناسب می‌کند و در فرآیند تولید انرژی در نیروگاه‌های هسته‌ای از هلیوم به عنوان سردکننده راکتورها استفاده می‌کنند.

از گاز هلیوم برای درمان بیماری‌های تنفسی مانند آسم و سایر بیماری‌های استفاده می‌شود. میکس تنفسی غنی‌ شده با گاز هلیوم چگالی پایین‌تری دارد و راحت‌تر استنشاق می‌شود.

همچنین هلیوم تاثیر بامزه و خاصی نیز بر روی حنجره‌ انسان می‌گذارد. تنفس مقادیر کم این گاز باعث منقبض شدن حنجره و لوزه‌ها و عوض شدن صدای فرد به مانند یک شخصیت کارتونی می‌شود.

کمبودهای اجتناب‌ناپذیر

متخصصین در این حوزه پیش‌بینی می‌کنند که میزان مصرف گاز هلیوم در مقیا‌س‌های جهانی افزایش یابد. شرکت «وِنیگاز گَز پروم» تخمین‌ زده است که در سال ۲۰۳۰ مصرف جهانی هلیوم احتمالا به رقمی مابین ۲۳۸ تا ۳۱۲ هزار میلیون لیتر خواهد رسید در حالی که تولید آن فقط به اندازه‌ ۲۱۳ تا ۲۳۸ هزار میلیون لیتر رشد می‌کند. این آمار یعنی دنیا با مشکل کمبود هلیوم روبروست. برای تامین نیاز جهانی این ماده تولیدات آن باید رشد چشمگیری در سال‌های آینده داشته باشند.

در آینده، مرکز بزرگ تولید گاز هلیوم بر روی مخازن گاز طبیعی «کّویکتا» و «چایاندا» و همچنین مخازن دیگر در سیبری شرقی و خاور دور روسیه، قابل تاسیس خواهند بود. بنابراین کشور روسیه تمامی امکانات لازم برای تبدیل شدن به یکی از بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ها و تامین‌کننده‌های گاز هلیوم جهان را دارد.

ترجمه : دایان گاز