هلیم با وجود تولید طبیعی آهسته در زمین، به دلیل سرعت مصرف صنعتی و فرار از جو، در عمل یک گاز غیرتجدیدپذیر محسوب میشود. 02146837072-09120253891
هلیم عنصری است که در نگاه اول ساده و حتی کماهمیت به نظر میرسد؛ گازی سبک، بیرنگ و بیبو که اغلب با بادکنکهای جشنها شناخته میشود. اما در پس این ظاهر ساده، یکی از حیاتیترین عناصر برای فناوریهای پیشرفته نهفته است. از دستگاههای MRI در بیمارستانها گرفته تا صنایع نیمهرسانا، فیبر نوری، هوافضا و تحقیقات دمای بسیار پایین، همگی به هلیم وابستهاند. همین وابستگی گسترده باعث شده پرسشی اساسی مطرح شود:
منشأ کیهانی هلیم و تفاوت آن با دسترسپذیری زمینی
هلیم دومین عنصر فراوان جهان پس از هیدروژن است. بخش عمدهای از هلیم موجود در کیهان در دقایق ابتدایی پس از شکلگیری جهان و طی فرآیندهای هستهای اولیه ایجاد شد. همچنین در درون ستارگان، همجوشی هستهای هیدروژن به هلیم بهطور مداوم در حال انجام است.
اما فراوانی کیهانی یک عنصر لزوماً به معنای دسترسی آسان آن در زمین نیست. زمین یک سامانه بسته کوچک در مقایسه با مقیاس کیهانی است و توانایی نگهداری همه عناصر سبک را ندارد. در واقع، بیشتر هلیمی که در مراحل اولیه شکلگیری زمین وجود داشت، به دلیل جرم کم و سرعت بالای اتمهایش، از میدان گرانشی زمین گریخت و به فضا بازگشت.
بنابراین هلیمی که امروز در زمین وجود دارد، عمدتاً حاصل تولید ثانویه در پوسته زمین است، نه باقیمانده مستقیم از زمان پیدایش سیاره.
سازوکار تولید هلیم در اعماق زمین
هلیم زمینی عمدتاً از واپاشی رادیواکتیو عناصر سنگینی مانند اورانیوم و توریم بهوجود میآید. در طی این واپاشیها، ذرات آلفا آزاد میشوند. هر ذره آلفا در حقیقت هسته یک اتم هلیم است. این هسته پس از جذب الکترون به یک اتم کامل هلیم تبدیل میشود.
این فرآیند بهصورت مداوم در سنگهای پوسته و گوشته زمین در حال رخ دادن است. بنابراین از نظر علمی میتوان گفت هلیم «تولید میشود». اما نکته کلیدی در سرعت تولید نهفته است. تولید طبیعی هلیم در مقیاس میلیونها و میلیاردها سال اتفاق میافتد.
در مقابل، مصرف صنعتی هلیم در چند دهه اخیر رشد نمایی داشته است. این عدم توازن میان سرعت تولید طبیعی و سرعت مصرف انسانی، هسته اصلی بحث غیرتجدیدپذیر بودن هلیم را شکل میدهد.
مسیر حرکت هلیم از اعماق زمین تا مخازن گازی
هلیم تولیدشده در سنگها به دلیل بیاثر بودن شیمیایی، تمایلی به واکنش با مواد دیگر ندارد. این گاز سبک از میان منافذ و شکستگیهای سنگی حرکت میکند و اگر شرایط زمینشناسی مناسب باشد، در مخازن گاز طبیعی به دام میافتد.
تجمع اقتصادی هلیم نیازمند چند شرط اساسی است:
وجود سنگ مادر حاوی عناصر رادیواکتیو
مسیر مهاجرت مناسب
وجود تله زمینشناسی برای جلوگیری از فرار گاز
در صورت نبود این شرایط، هلیم بهسادگی به سطح زمین میرسد و وارد جو میشود.
چرا هلیم در عمل تجدیدپذیر محسوب نمیشود؟
از دیدگاه زمینشناسی، هلیم همچنان تولید میشود. اما در طبقهبندی منابع طبیعی، معیار اصلی «قابلیت جایگزینی در مقیاس زمانی انسانی» است.
چند عامل باعث میشود هلیم در رده منابع غیرتجدیدپذیر قرار گیرد:
۱. سرعت بسیار پایین تولید طبیعی
میزان تولید طبیعی هلیم در زمین در مقایسه با میزان استخراج صنعتی ناچیز است. آنچه طی میلیونها سال شکل گرفته، طی چند دهه استخراج میشود.
۲. وابستگی به استخراج گاز طبیعی
بیشتر هلیم تجاری بهعنوان محصول جانبی استخراج گاز طبیعی به دست میآید. اگر میدان گازی تخلیه شود یا تولید آن کاهش یابد، تأمین هلیم نیز تحت تأثیر قرار میگیرد.
۳. فرار دائمی از جو زمین
هلیم سبکترین گاز نجیب است. هنگامی که وارد جو میشود، به لایههای بالایی صعود میکند و در نهایت بخشی از آن سرعت گریز پیدا کرده و از میدان گرانشی زمین خارج میشود. این ویژگی باعث میشود هلیم برخلاف بسیاری از عناصر دیگر، وارد چرخه پایدار زمینی نشود.
در واقع، هلیم تنها عنصری است که پس از رها شدن، عملاً برای همیشه از دسترس خارج میشود.
مقایسه هلیم با منابع تجدیدپذیر واقعی
منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، بادی یا زیستتوده در بازههای زمانی کوتاه و قابل پیشبینی بازسازی میشوند. حتی آب نیز در چرخه هیدرولوژیک دائماً بازیافت و تجدیدپذیر میشود.
اما هلیم چنین چرخه فعالی ندارد. اگرچه تولید آن در زمین ادامه دارد، اما چرخهای سریع برای بازگشت آن به مخازن قابل استخراج وجود ندارد. این تفاوت بنیادی، هلیم را از منابع تجدیدپذیر واقعی جدا میکند.
افزایش تقاضا و فشار بر ذخایر جهانی
در دهههای اخیر، کاربردهای هلیم بهشدت گسترش یافته است. مهمترین حوزههای مصرف عبارتاند از:
خنکسازی آهنرباهای ابررسانا در دستگاههای MRI
صنایع نیمهرسانا و تولید تراشه
تحقیقات دمای بسیار پایین
صنایع هوافضا
برخی از این کاربردها جایگزین عملی ندارند. برای مثال، در سیستمهای ابررسانا تنها هلیم مایع میتواند دمای لازم را فراهم کند.
افزایش تولید تراشههای الکترونیکی و توسعه فناوریهای پیشرفته، مصرف جهانی هلیم را افزایش داده است. این رشد تقاضا در حالی رخ میدهد که ذخایر قابل استخراج محدود هستند.
آیا کشف ذخایر جدید مشکل را حل میکند؟
در سالهای اخیر، میدانهای جدید هلیم در برخی نقاط جهان کشف شدهاند. این کشفیات میتوانند عرضه کوتاهمدت را بهبود دهند، اما ماهیت مسئله را تغییر نمیدهند.
ذخایر جدید نیز همانند ذخایر قدیمی حاصل میلیونها سال فرآیند زمینشناسی هستند. کشف آنها به معنای تجدیدپذیر شدن عنصر نیست، بلکه تنها به معنای دسترسی به بخش دیگری از ذخیره محدود زمین است.
امکان تولید مصنوعی هلیم
از نظر نظری، میتوان هلیم را در واکنشهای هستهای تولید کرد. در نیروگاههای هستهای یا شتابدهندههای ذرات، تولید هستههای هلیم امکانپذیر است. اما این روشها بسیار پرهزینهاند و برای تأمین بازار صنعتی مقرونبهصرفه نیستند.
در عمل، بشر راه اقتصادی برای «ساخت» هلیم در مقیاس بزرگ ندارد. بنابراین وابستگی کامل به ذخایر طبیعی باقی میماند.
نقش بازیافت در افزایش طول عمر ذخایری که تجدیدپذیر نیستند
یکی از راهکارهای مدیریت بحران هلیم، بازیافت آن در صنایع حساس است. در مراکز MRI پیشرفته و آزمایشگاههای کرایوژنیک، بخار هلیم میتواند جمعآوری، فشرده و دوباره مایعسازی شود.
با این حال، این زیرساخت در همه کشورها وجود ندارد و بسیاری از کاربردهای عمومی، مانند بادکنکها، عملاً هلیم را برای همیشه از چرخه خارج میکنند.
بدون دیدگاه