Для кого-то гелий — это просто элемент в периодической таблице Менделеева, который изучают на уроках химии. Кто-то вспомнит, что им наполняют воздушные шары. А если вдохнуть гелий ртом, получается смешной голос. Но это лишь верхушка айсберга. Гелий является ценным ресурсом, который используют в медицине, науке и ряде других областей.
Гелий. Открытие и свойства элемента
Впервые о гелии заговорили во второй половине XIX века благодаря сразу двум ученым — Пьеру Жансену и Джозефу Локьеру. Они, не зная об опытах друг друга, параллельно открыли новый элемент, получивший название «гелий» от древнегреческого «солнце».
Среди других известных веществ гелий выделяет самая низкая температура кипения 4.2К (-268,95°С), поэтому при нормальных значениях атмосферного давления он не застывает даже при абсолютном нуле. Кроме того, это инертный одноатомный газ без запаха, цвета и вкуса, что делает его востребованным во многих сферах.
Как добывают гелий
Во Вселенной гелий — второй по частоте распространения элемент, однако Земля имеет небольшие его запасы, поэтому на данный момент его выделяют из природного газа, добываемого из недр земной коры.
Лидерами по добыче гелия являются США, Катар, Алжир, Россия. По последним подсчетам по всему миру в год добывается около 175 млн кубических метров этого газа, из них 5 млн кубометров приходится на Россию.
Содержание гелия в природном газе может варьироваться от 0,055 до 0,5 %, потому добываемое сырье, как правило, подвергается двухэтапной очистке. Сначала выделяют гелиевый концентрат, а затем полученное вещество очищают от примесей: водорода, аргона, метана и т.д. В России гелий производится на заводе ООО «Газпром добыча Оренбург», который помимо этого является главным поставщиком гелия. Небольшое число частных компаний так же занимается поставками гелия, но их общий процент на российском рынке минимален.
Не только для воздушных шариков, или где используется гелий
Гелий используют в оборонном производстве, атомной промышленности, медицине, науке, металлургии, в пищевой промышленности и даже в развлекательной сфере. И это далеко не полный список. Такой большой разброс отраслей объясняется свойствами этого элемента. Гелий не вступает в реакции с другими веществами, он нетоксичен и безопасен для здоровья человека.
В металлургии гелий используют во время сварочных процессов. Он помогает вести работы без риска окисления металла и образования шлаковых включений. Кроме того, гелий не несет вред здоровью рабочих.
Гелий легче воздуха, и это свойство элемента нашло полезное применение в воздухоплавании, подводных погружениях, метеорологии. Кроме того, именно гелий используют для заправки воздушных шаров. Гелий входит в состав дыхательных смесей, так как он нетоксичен.
Аномально высокая текучесть гелия позволяет использовать его в качестве индикатора утечек в атомных реакторах, а также в системах высокого и низкого давления. Кроме того, жидкий гелий нашел своё применение и в МРТ-диагностике.
Примечательно, что четверть гелия, добываемого по всему миру, используется в качестве хладагента в МРТ-аппаратах.
Цены на гелий
На протяжении последних десятилетий стоимость гелия заметно возросла. Это связано не только с естественной инфляцией, но и с постоянно растущим спросом на этот довольно редкий элемент. Также к факторам, влияющим на формирование цены, можно отнести политическую ситуацию в регионе, в котором происходит добыча сырья. Например, в середине 2017 года во время дипломатического кризиса в Катаре возникли проблемы с поставками гелия, что вызвало рост цен на мировом рынке.
В России резкий подъем цены на гелий произошел в октябре 2018 года. Причиной является не только общемировая тенденция, но и временное закрытие на ремонт ООО «Газпром добыча Оренбург». Так, если весной 2018 года жидкий гелий стоил 600 рублей за литр, то в октябре 2018 года цена на него доходила до 2000 рублей за литр.
Это отразилось практически на всех областях применения гелия, в том числе, на медицине и науке. Как считает ректор СПбПУ Андрей Рудской, сложившаяся ситуация в конечном итоге повлияет на рост цен на услуги МРТ, а невозможность научных лабораторий обслуживать дорогостоящее оборудование приведет к приостановке целого ряда исследований.
Повышение цены на гелий мы ощутили на личном опыте. В центре МРТ «Ами» для заправки одного томографа необходимо 3 сосуда Дьюара объемом 275 литров. Заправка весной 2018 года обошлась нам примерно в 480 000 тысяч рублей, а осенью — 1 630 000 тысяч рублей. И такая ситуация справедлива для большинства центров МРТ по всей России.
В статье Заправка томографа мы уже рассказывали о том, как важно поддерживать уровень жидкого гелия в МРТ-аппарате на определенном уровне. В противном случае неизбежны квенч и выход оборудования из строя. Таким образом, владельцы МР-томографов не могут отложить заправку на неопределенный срок и вынуждены закупать гелий по тем ценам, которые сейчас существуют на рынке.
Перспективы использования гелия
Гелий является редким и невозобновляемым ресурсом. Несколько лет назад в западных СМИ появлялась информация о том, что подтвержденных запасов гелия хватит примерно на 25-30 лет.
На данный момент прогнозы экспертов чуть более оптимистичны. В России реализуются многообещающие проекты по добыче гелия. На нашу страну приходится большая часть (около 34%) мировых ресурсов гелия, а также ведутся поиски новых месторождений. По словам Лолы Огрель, руководителя отдела аналитики компании CREON Energy, в России потенциальными источниками гелия могут быть свыше 170 месторождений природного газа из числа разведанных.
Одной из самых перспективных разработок в этой области является Амурский газоперерабатывающий завод, строительство которого должно завершиться к 2025 году, а ввод в эксплуатацию первых двух технологических линий ожидается уже в 2021 году. К 2022 году планируется перерабатывать до 42 млрд кубометров природного газа в год, а к 2025 году этот завод должен стать самым крупным производителем гелия в мире.
В любом случае, запасы гелия не бесконечны, а высокий спрос на него и дальше будет вызывать рост цены. В развитых странах уже не первый год рассматриваются более эффективные способы использования данного природного ресурса, а также альтернативные ему варианты. Например, не так давно в медицине стали использоваться сверхпроводящие магниты с нулевой технологией испарения гелия, которые не требуют регулярной заправки. Несмотря на то, что такие магниты значительно дороже как в приобретении, так и в сервисном обслуживании, экономия на регулярных заправках гелия может сделать данный вид оборудования наиболее популярным через пару десятков лет.
