Сегодня
ни один праздник не обходится без шаров,
наполненных гелием. Но мало кто знает,
что в обозримом будущем все мы можем
остаться без этого яркого праздничного
атрибута. И всё из-за того, что гелий
относится к невосполнимым ресурсам
планеты, а его запасы с каждым годом
уменьшаются. К каким последствиям ещё
может
привести
его
исчезновение,
рассмотрим ниже
в статье.
Как образуется
Гелий
является
продуктом радиоактивного распада
тяжелых элементов(тория,
самария,
урана),
происходящего во
внешней твёрдой оболочке Земли и мантии.
В
результате этого процесса, который
называется «α-распадом»,
радиоактивными ядрами испускается
дважды
магическое ядро гелия.
Таким образом, в недрах планеты происходит
постоянное образование гелия,
но скорость этого процесса крайне мала.
Представьте себе масштабы: одной
тонной гранита,
в среднем содержащей
2 грамма
урана и
10
грамм
тория, за несколько
миллионов
лет выделяется
только
около половины
кубического сантиметра
этого
вещества.
Это иллюстрирует чрезвычайно медленный
темп естественного пополнения запасов
газа
по сравнению с
темпами его потребления. Интересно,
что значительная часть гелия,
образовавшегося за миллиарды лет
существования планеты, уже улетучилась
в космос из-за малой массы атомов гелия
и слабого гравитационного удержания.
Чем осложнено добывание гелия
Добывается
гелий путём извлечения из сильно
охлаждённой
смеси
углеводородов
либо из нагретых до 1000°
минералов( фергюсонита,
клевеита,
монацита).
Образующийся
в недрах Земли гелий
мигрирует вверх и накапливается в
месторождениях,
часто в ассоциации с метаном.
Однако природный
газ содержит небольшие концентрации
гелия, которые, как правило, составляют
доли процента.
Например, на одном из крупных Оренбургских
добывающих
гелий заводов
его
содержание в исходном газе равна
лишь 0.055%,
что делает процесс его извлечения
сложным и энергозатратным. Криогенная
дистилляция — основной метод выделения
гелия из природного газа. Этот процесс
требует больших объемов энергии, что
приводит к дополнительным экологическим
проблемам. Проблема усугубляется
тем, что количество месторождений
природного газа, богатых гелием,
ограничено. Многие из наиболее
значительных месторождений уже
разрабатываются, и открытие новых
источников гелия — редкое и сложное
мероприятие.
Последствия истощения гелиевых запасов: технологический тупик
Гелий
относится
к инертным благородным газам.
Его
редчайшие свойства, такие как высокая теплопроводность,
низкая температура кипения и химическая
инертность, сделали его незаменимым в
разных
областях
науки, техники и медицины.
И
хотя гелий находится на втором месте
во Вселенной
по
распространённости,
его запасы на нашей
планете ограничены
и стремительно истощаются, что грозит
серьезными последствиями для мировой
экономики и научного прогресса. Многие
прогнозы говорят о возможном исчерпании
доступных запасов уже в ближайшие
десятилетия, хотя точные сроки остаются
предметом научных дискуссий. Оценка
оставшихся запасов колеблется, но
некоторые эксперты, в частности английский
химик, профессор из University of St. Andrews Дэвид
Коул-Гамильтон, действительно считает,
что их хватит менее чем на 10 лет при
сохранении нынешних темпов потребления.
По самым оптимистичным прогнозам гелия
не будет, спустя 150-200 лет.
Истощение
запасов гелия может иметь серьезное
последствия для различных областей
промышленности и науки.
Гелий применяется
как охлаждающий элемент для
сверхпроводящих магнитов
МРТ-сканеров.
Нехватка
гелия может привести к повышению
стоимости и ограничению доступа к этой
важной медицинской процедуре.
Помимо
этого он используется как
защитный газ от окисления сварочных
швов при сварке,
особенно в высокотехнологичных областях.
Его дефицит затруднит производство
высококачественных материалов.
В
космической
промышленности
без этого газа тоже не обходятся.
Для ракетных двигателей он
выступает в качестве топлива.
Также
гелий позволяет создавать инертную атмосферу
в космических аппаратах.
Неоценима
роль гелия и в научных исследованиях.
Это вещество
незаменимо
в криогенных установках, используемых
в физических экспериментах, например,
при изучении сверхпроводимости и конденсатов
Бозе-Эйнштейна. Ещё
одной областью, где широко применяется
гелий, является производство
полупроводников. Высокая
чистота гелия необходима в производстве
микрочипов.
Дефицит
гелия неизбежно приведет к повышению
его цены, что сделает многие технологии
более дорогими и менее доступными.
Это может замедлить темпы технологического
развития и ограничить научные исследования.
Поэтому поиск альтернативных методов
получения гелия и разработка технологий,
уменьшающих его потребление, являются
первостепенными задачами. Среди
перспективных направлений -разработка
новых, более эффективных методов
криогенной сепарации гелия, поиск новых
гелийсодержащих месторождений и
использование альтернативных хладагентов
в медицинском оборудовании. Но главное—
необходимо разработка более рациональных
схем использования гелия, переход
к замкнутым циклам его обращения и
снижение потребления. Только комплексный
подход позволит предотвратить глобальный
гелиевый кризис в будущем.
Изображение в превью: