Μας τελειώνει το ήλιον;

Συνειδητοποιείτε ότι, δεν είναι μόνο κάποια ζώα στη Γη που απειλούνται με εξαφάνιση, αλλά και κάποια χημικά στοιχεία;

Κάθε μέρα, το σούπερ χαμηλής πυκνότητας αέριο ήλιο αψηφά τη βαρύτητα και διαφεύγει από την ατμόσφαιρά μας στο διάστημα. 

Χάνουμε συνεχώς αυτό το απίστευτο στοιχείο και είναι υπερβολικά δαπανηρό να αναδημιουργηθεί στο εργαστήριο.

Από το Reactions της ACS στο YouTube: Are We Running Out of Helium?

Αυτά είναι κακά νέα, και αφορούν κάτι περισσότερο από το πάρτι γενεθλίων σας. Το μεγάλο πρόβλημα δεν είναι ότι δεν θα έχετε μπαλόνια να αιωρούνται ανάμεσα στους καλεσμένους σας αλλά το ότι φαίνεται να χάνουμε ένα εργαστηριακά, ιατρικά και βιομηχανικά πολύτιμο υλικό. Επειδή το ήλιο βοήθησε στη δημιουργία επαναστατικών επιστημονικών καινοτομιών και έχει βιομηχανικές χρήσεις όπου απλά δεν μπορεί να αναπληρωθεί.

Λοιπόν, πόση ποσότητα ηλίου έχουμε αφήσει να μας διαφύγει στο διάστημα και πότε αυτό το στοιχείο θα εξαφανιστεί στις ζωές μας;

Πρώτα απ 'όλα, το πεπερασμένο μας απόθεμα ηλίου εδώ στη Γη σχηματίστηκε μέσω της διάσπασης ραδιενεργών στοιχείων στο μανδύα για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια και τελικά εγκλωβίστηκε σε βράχους μέσα στο φλοιό.

Οι φασματικές γραμμές του ήλιον

Το ήλιο ονομάστηκε από τον αρχαιοελληνικό Τιτάνα, τον Ήλιο. Καταγράφηκε για πρώτη φορά ως άγνωστη κίτρινη φασματική γραμμή στο ηλιακό φως κατά τη διάρκεια της ηλιακής έκλειψης το 1868. Και εντοπίστηκε σε δείγμα λάβας από το Όρος Βεζούβιος το 1881, από τον Ιταλό φυσικό Luigi Palmieri  και θεωρήθηκε ως ένα εξαιρετικά σπάνιο στοιχείο της Γης εκείνη την εποχή.

Αλλά το 1905, ένας επιστήμονας o Hamilton Cady έκανε μια συναρπαστική ανακάλυψη και κατάφερε να το εξαγάγει από δείγμα φυσικού αερίου στο Κάνσας, όπου υπάρχει σε ποσοστό 2%.
Αυτό οδήγησε στην εποχή της αφθονίας του ήλιον και σύντομα στη συνέχεια, αναδύθηκαν μια μυριάδα βιομηχανικών χρήσεων και καινοτομιών που χρησιμοποίησαν ήλιο. Πράγμα που το ώθησε σε μεγάλη ζήτηση σε όλο τον κόσμο, με κυρίαρχο παραγωγό τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

Ενώ στο σύμπαν είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο, μετά το υδρογόνο, αντιπροσωπεύοντας το 24% της συνολικής μάζας του σύμπαντος, το ήλιον αποτελεί μόνο το 0,0005% περίπου της ατμόσφαιρας της Γης. Ο λόγος για τον οποίο το ποσό αυτό παραμένει τόσο μικρό είναι επειδή το ήλιο που απελευθερώνεται από το φλοιό της Γης, ή από το μπαλόνι γενεθλίων σας - διαφεύγει διαρκώς στο διάστημα. Αυτή η χαμηλή συγκέντρωση στην ατμόσφαιρά μας καθιστά ασύμφορη τη συγκομιδή του από τον ατμοσφαιρικό αέρα, έτσι ώστε η βιομηχανία ήλιου να το απομονώνει από τα αποθέματα του φυσικού αερίου όπου υπάρχει σε πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις. Και το πραγματικό πρόβλημα είναι ότι υπάρχουν μόνο τρία μέρη στη γη με συγκεντρώσεις ηλίου που είναι αρκετά υψηλές ώστε η εξόρυξη να είναι οικονομικά βιώσιμη. Στις ΗΠΑ στην Αλγερία και στο Κατάρ.
Η Γεωλογική Έρευνα των ΗΠΑ υπολογίζει ότι υπάρχουν περίπου 52 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα ήλιον στη Γη, τα οποία μάλλον ακούγονται πολλά και σας κάνουν να πιστεύετε ότι τα περί εξάντλησής του είναι ένα αστείο. Αλλά μην γελάτε, διότι το ήλιο είναι τόσο απίστευτα χρήσιμο που η ζήτηση για αυτό αυξάνεται κατά 10% κάθε χρόνο κατά την τελευταία δεκαετία, ενώ τα πεπερασμένα μας αποθέματα συνεχίζουν να μειώνονται.

Η υψηλή βιομηχανική ζήτηση του Ήλιον οφείλεται στις τρεις μοναδικές φυσικές του ιδιότητες.

• Πρώτα απ' όλα, είναι αδρανές ή μη χημικά δραστικό.
• Δεύτερον, έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα ως αέριο.
• Και τρίτον, υγροποιείται στους -269 βαθμούς Κελσίου και να παραμείνει υγρό ακόμα και στις χαμηλότερες θερμοκρασίες που μπορούμε να επιτύχουμε.

Ως αδρανές αέριο χαμηλής πυκνότητας, είναι ιδανικό για την πλήρωση μπαλονιών και ζέππελιν (αερόπλοια) για να τα κάνει να πετάνε. Αν θυμάστε το περιστατικό του Hindenburg, το υδρογόνο είναι πολύ εύφλεκτο και δεν είναι η κατάλληλη επιλογή για τα επανδρωμένα αερόπλοια.
Το ότι είναι αδρανές σημαίνει επίσης ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αέριο θωράκισης σε συγκόλληση τόξου (ηλεκτροκόληση). Χωρίς αυτό, τα αέρια στην ατμόσφαιρά μας μπορούν να εξασθενήσουν τη σύνδεση των μετάλλων, και έτσι το ήλιο είναι απαραίτητο όταν χρειαζόμαστε πολύ  ισχυρές συγκολλήσεις.
Επίσης χρησιμοποιείται για το μείγμα στις μπουκάλες οξυγόνου για τους δύτες για μεγάλα βάθη.
Αλλά το απίστευτα χαμηλό σημείο πήξεως που έχει του επιτρέπει να είναι ένα υγρό σε σχεδόν απόλυτο μηδέν, τη χαμηλότερη θερμοκρασία που είναι θεωρητικά δυνατή. Αυτή η ειδική ιδιότητα βοήθησε τους επιστήμονες να ανακαλύψουν νέες ιδιότητες υλικών, όπως οι "υπεραγωγοί", οι οποίοι είναι σαν τα μέταλλα, αλλά επιπλέον είναι σούπερ αγώγιμοι σε αυτές τις χαμηλές θερμοκρασίες.
Αυτά τα υλικά διαρρέονται από το ηλεκτρικό ρεύμα επ' αόριστον χωρίς να χάνουν ενέργεια από τη μετατροπή της σε θερμότητα.
Αυτή η καινοτομία άνοιξε το δρόμο για τις επιπλέουσες αμαξοστοιχίες maglev και απεικόνιση μαγνητικής τομογραφίας στην ιατρική. Και για τους χημικούς, χωρίς ήλιο, δεν θα υπήρχε Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός, ή NMR. Ένα εργαλείο που οδηγεί στη σύνθεση πολλών χρήσιμων φαρμάκων και χημικών προϊόντων.

Το μαγνητικό τρένο MagLev 

Αυτό οδηγεί στο μεγάλο ζήτημα με το ήλιο, καθώς τροφοδοτεί τις τρέχουσες τεχνολογίες και τις μελλοντικές καινοτομίες. Η υψηλή ζήτηση και η περιορισμένη προσφορά μπορούν να αυξήσουν την τιμή του και τη διάρκεια των ελλείψεων. Λόγω της περιορισμένης διαθεσιμότητάς του σε όλο τον κόσμο, αυτό μπορεί να συμβεί με ελάχιστη προειδοποίηση. Για παράδειγμα, όταν ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός ηλίου το Κατάρ, αποκλείστηκε πρόσφατα από τους γείτονές του, προκάλεσε πολλά προβλήματα σε εργαστήρια και εταιρείες που βασίζονται στα αποθέματα ηλίου.

Είναι ήδη αρκετά κακό το ότι οι εταιρείες παραμένουν ευάλωτες σε απειλή αυτού του είδους, αλλά αυτό που μπορεί να είναι ακόμη χειρότερο είναι το να μην έχουν αρκετά χρήματα για να το αγοράσουν εξ αρχής. Την τελευταία δεκαετία, η τιμή του ήλιον αυξήθηκε κατά περισσότερο από 250%, με αποτέλεσμα πολλοί ερευνητές να εξαντληθούν τελείως οικονομικά. Τα εργαστήρια έχουν αρχίσει να συνειδητοποιούν ότι όταν έχουν ξοδέψει όλα τα χρήματα των επιχορηγήσεων, ακόμα και ένα άτομο να εξοικονομήσουν αξίζει τον κόπο.
Η ανακύκλωση ολοένα και περισσότερο καθίσταται προτεραιότητα. Τα MRI (οι μαγνητικές τομογραφίες) ανακυκλώνουν συχνά το χρησιμοποιημένο ήλιον και πολλές άλλες τεχνολογίες αναμένεται να ακολουθήσουν το παράδειγμα.

Η μεγαλύτερη απλή χρήση υγρού ηλίου είναι η ψύξη των υπεραγώγιμων μαγνητών σε σύγχρονους σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας.

Σύμφωνα με τους συνηγόρους της προστασίας του ήλιον, η τιμή της ελεύθερης αγοράς του ήλιου συνέβαλε στη «σπατάλη» χρήσης (π.χ. για μπαλόνια ηλίου), όπως γράφει το 2010, ο βραβευμένος με το Νόμπελ του 1996, για την υπερρευστότητα, φυσικός Robert Coleman Richardson. Οι τιμές στη δεκαετία του 2000 μειώθηκαν με την απόφαση του Κογκρέσου των ΗΠΑ να πωλήσουν το απόθεμα μεγάλου ποσού ηλίου της χώρας μέχρι το 2015.  Σύμφωνα με τον Richardson, η τιμή θα έπρεπε να πολλαπλασιαστεί επί 20 για να εξαλειφθεί η υπερβολική σπατάλη ηλίου. Στο βιβλίο τους, "Το μέλλον του ήλιου ως φυσικού πόρου" (Routledge, 2012), οι Nuttall, Clarke & Glowacki (2012) προτείνουν επίσης τη δημιουργία ενός Διεθνούς Οργανισμού για το Ήλιον (International Helium Agency: IHA) για την οικοδόμηση μιας βιώσιμης αγοράς για αυτό το πολύτιμο εμπόρευμα.

Αυτή η εξαφάνιση είναι αναπόφευκτη - ίσως να μην γίνει όσο ζούμε εμείς, αλλά θα γίνει αν δεν ενεργήσουμε γρήγορα, και τότε  δεν θα μπορούμε να πούμε "δεν ήξερα", με εκείνη τη στριγγλιστή φωνή που αποκτάμε όταν αναπνεύσουμε ήλιον.

Πηγές

Από το: Reactions της ACS στο YouTube: Are We Running Out of Helium?

και  από τη: Wikipedia, the free encyclopedia Helium , Helium storage and conservation

Εικόνες: By NASA - http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/lessons/xray_spectra/worksheet-specgraph2-sol.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4158610
By Photographer: Warren Denning. Creative Director: Stan Weir. Marketing Director: Tim Vlamis - Pioneer Balloon Company, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9029415
By Gus Pasquerella - http://www.lakehurst.navy.mil/nlweb/images/1213d.gif, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=632191
By Állatka - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7039725
By KasugaHuang, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=680466