El helio es el segundo elemento más abundante en el universo, pero no es tan abundante aquí en la Tierra, al menos no en una forma que podamos usar.
Durante las últimas dos décadas, las preocupaciones sobre la escasez de helio se han vuelto cada vez más apremiantes. De 2011 a 2013, la industria del helio enfrentó un déficit del 20 %, y lo mismo volvió a ocurrir en 2019, lo que demuestra que este problema está lejos de resolverse.
Nos estamos quedando sin helio, y esto no solo significará menos globos de fiesta; el helio se utiliza en varias industrias importantes, incluidas las imágenes médicas, nuestras resonancias magnéticas no funcionan sin él.
El helio es mucho más que globos. Imagen en dominio público.
donde se encuentra el helio
Fue el 18 de agosto de 1868 cuando los investigadores dirigieron su telescopio hacia un eclipse y descubrieron un elemento entonces desconocido llamado helio. Resulta que el helio es un gas tan inerte y escurridizo que les llevó varias décadas aislarlo en un laboratorio (en un artículo histórico publicado en 1920 en Nature). Desde entonces, hemos aprendido bastante sobre el helio. Es el segundo gas más abundante en el universo, se usa para una amplia gama de actividades científicas (incluida la búsqueda del elusivo bosón de Higgs) y, sin embargo, es muy difícil de encontrar aquí en la Tierra.
El helio se extrae exclusivamente como subproducto de la extracción de gas natural. Se cree que la mayor parte del helio que se extrae del gas natural se forma a partir de la descomposición radiactiva del uranio y el torio en las rocas de granito de la corteza continental de la Tierra.
El helio tiene el radio atómico más pequeño de todos los elementos, por lo que es muy fácil que se mueva hacia arriba, colocándose a través de los poros más pequeños dentro de las rocas. Sin embargo, hay algunas rocas (como la halita, la forma mineral de la sal) que pueden bloquear la migración ascendente del helio, actuando como una trampa. Este mismo tipo de trampa también es eficaz para atrapar petróleo y gas natural, que son livianos y también tienden a fluir hacia arriba.
Una forma sencilla de pensar en ello es como una capa de pastel, atrapada entre otras capas.
El helio puede quedar atrapado en capas impermeables, junto con el gas natural. La sal es uno de los mejores sellos, la arcilla de esquisto también puede actuar como una barrera menos eficiente. Créditos de imagen: Magenta Green / Wikipedia.
Por lo tanto, se pueden encontrar bolsas de helio donde se cumplen tres condiciones geológicas principales:
- el basamento rocoso está constituido por granitos o rocas tipo granito ricas en uranio y torio;
- hay un sistema de fracturas o fisuras que permite que el helio fluya hacia la superficie;
- la estructura tiene un casquete impermeable formado por rocas como la halita o la anhidrita.
Lo bueno de esto es que la extracción de helio se puede realizar a través de los mismos métodos rudimentarios que el gas natural, y luego los gases se pueden separar. Sin embargo, el proceso de separación es costoso.
El helio generalmente constituye una porción minúscula del gas natural, pero en algunas áreas puede representar hasta el 10% del gas natural. Se considera necesario un contenido de helio de al menos un 0,3 %, de lo contrario, el proceso de separación cuesta demasiado. El helio también se puede acumular sin gas natural, pero no tiene mucho sentido económico extraerlo, especialmente porque es muy difícil de almacenar.
helio imparable
Es extremadamente costoso y difícil almacenar helio, simplemente desaparece, sin importar lo que hagamos.
Para almacenarlo y transportarlo, primero debe enfriarse a una temperatura de -452 grados Fahrenheit (-270 Celsius), lo que la convierte en la sustancia más fría del planeta. Pero se pone aún peor: incluso a estas temperaturas extremadamente frías, el líquido se evapora lentamente y, debido a su estructura, el helio gaseoso escapará de cualquier contenedor que conozcamos. Es un gas noble y un maestro escapista.
Entonces, si desea almacenar helio, su mejor opción es una vez más recurrir a la geología. En la Reserva Federal en Amarillo, el helio se comprime en la superficie y se inyecta en una capa de roca dolomita, a 3000 pies (914 metros). Por encima de estas esclusas de dolomita, se encuentra una capa de halita (sal) que atrapa el helio en su lugar. Este es el mejor proceso que tenemos disponible en este momento para almacenar helio y, como puede imaginar, es costoso y requiere mucho tiempo.
Créditos de imagen: Barbara Brannon / Planta de helio Amarillo.
En 1995, Estados Unidos había reunido mil millones de metros cúbicos de helio. Sin embargo, el Congreso comenzó a eliminar gradualmente la reserva en 1996, ya que la reserva estaba endeudada. La resultante Ley de Privatización del Helio de 1996 ordenó a la reserva que vendiera su helio para el 2005. A modo de comparación, los EE. lo que estaba en reserva antes.
Se eligió Amarillo porque tiene la geología adecuada y su logística adecuada, especialmente por su proximidad a campos ricos en helio. Incluso en los EE. UU., solo hay unos pocos campos de gas natural conocidos que son ricos en helio.
Sin embargo, la Ley de Privatización del Helio fue solo el primer paso. Para 2007, se informó que el gobierno federal estaba subastando partes de la planta de helio de Amarillo, y se informó que la Reserva Nacional misma se estaba reduciendo lentamente y vendiéndose a la industria privada. La instalación debe estar completamente privatizada para septiembre de 2021, lo que se suma a la incertidumbre sobre la actual crisis del helio.
En Amarillo, a los lugareños no parece importarles mucho. Un artículo reciente de Laura García en Express News cita al gerente de operaciones Barry Stoll diciendo:
A veces, las personas se sorprenden al escuchar que todavía están operando, dijo Samuel Burton, gerente de campo de la oficina de Amarillo. Pensaron que cerramos en el 96 cuando el Congreso intentó por primera vez cerrar la reserva de helio.
Entonces, ¿hay escasez de helio?
La respuesta corta es sí.
En 2017, llenar una docena de globos de helio te habría costado alrededor de $12. Hoy, eso cuesta casi el doble. No solo han aumentado los precios del helio en los últimos años, sino que el suministro también es problemático en algunos puntos.
Además del aspecto político y comercial de las cosas, hay muy buenas razones físicas por las que hay escasez de helio. El helio puede ser abundante en el universo, pero aquí en la Tierra, simplemente se aleja flotando. Las rocas de tipo granito que lo producen no son tan abundantes en primer lugar, especialmente bajo rocas impermeables que pueden atraparlo en su lugar. Entonces, el lado de la oferta es escaso para empezar, ya que requiere condiciones geológicas inusuales.
Hay otro problema: en todo el mundo, la cantidad de campos de gas natural que también son ricos en helio está disminuyendo si no se encuentran nuevos grandes, e idealmente, el consumo de gas natural también se eliminaría gradualmente en las próximas décadas. Luego, como se mencionó, está el problema del almacenamiento y la incertidumbre con respecto a la reserva de Amarillo, con mucho, la reserva más grande del mundo, no es que haya tantas reservas globales de helio para empezar.
Créditos: Venta de las reservas de helio de las Naciones.
Entonces, en el gran esquema de las cosas del gas natural, el helio es poco más que una ocurrencia tardía. Alrededor del 97% de todo el helio recolectado se produce como producto de desecho, durante la purificación del gas natural.
Las reservas también se están agotando, mientras que el consumo es constante o incluso aumenta. No sorprende entonces que los precios y la disponibilidad se vuelvan problemáticos.
La demanda de helio está superando la oferta, hasta en un 15% según algunas estimaciones. Muchos temen que la privatización de la reserva de helio de EE. UU. genere más incertidumbre y provoque aún más caos en un mercado ya incierto. la reserva es
No nos vamos a quedar sin helio ni hoy ni mañana, pero todas las señales apuntan a un período de escasez de helio. Pero, ¿qué tan grande es ese problema?
para que sirve el helio
Si fueran solo globos de fiesta y voces graciosas, no habría tanto problema para empezar. Pero las cosas no son tan simples con el helio.
Debido a que el estado líquido del helio es el más frío de todos los elementos, se usa en imanes superconductores, como los de los escáneres de resonancia magnética. De hecho, los escáneres de resonancia magnética no pueden funcionar sin helio, aunque esta es un área de investigación activa. La máquina de resonancia magnética promedio utiliza alrededor de 1.700 litros de helio.
No son solo resonancias magnéticas, tampoco. Piezas cruciales del equipo de laboratorio de química no funcionan a menos que se enfríen con helio líquido. Entre otras cosas, el helio se usa para enfriar y limpiar los motores de los cohetes, en la investigación de física y química (incluido el Gran Colisionador de Hadrones), el buceo en aguas profundas, el pronóstico del tiempo, la criogenia, la ingeniería de cohetes y la fabricación avanzada, como chips de computadora y líquido. pantallas de cristal No hay sustituto para el gas, y la falta de suministro puede afectar a los investigadores en múltiples niveles, lo que lleva a la pérdida de equipos y materiales de investigación.
La escasez de helio no es broma. De hecho, dado que alrededor del 10% del suministro actual se usa para globos, David Cole-Hamilton, profesor emérito de química en la Universidad de St Andrews, dice que su uso para globos es absurdo y debería prohibirse.
Si le dices a la gente si quieres un globo de helio o una resonancia magnética para tu hija, es una opción obvia, le dijo a la BBC.
Entonces, si nos quedamos sin helio, podría significar un verdadero problema, particularmente considerando cuán generalizadas se han vuelto las herramientas de imágenes médicas.
¿Nuevos suministros? La Tierra y más allá
Durante muchos años, EE. UU. ha producido más del 90 % del helio comercial del mundo. Una planta de gas natural en Arzew, Argelia, comenzó a producir cantidades masivas de helio a mediados de la década de 1990, suficiente para cubrir toda la demanda de Europa. En 2004-2006 se construyeron otras dos plantas, una en Qatar y otra también en Argelia, convirtiendo al país en el segundo productor mundial de helio.
Se espera que los próximos 5 años traigan un aumento masivo en la producción de helio. Se espera que un próximo pozo de Rusia y otro de Qatar alivie la escasez durante la mayor parte de la próxima década, pero eso solo retrasa la escasez, sin instalaciones de almacenamiento adecuadas.
Es digno de mención que varios países (sobre todo China) también están considerando extraer helio de la luna, pero eso no es helio normal, es un isótopo llamado Helio-3 que podría crear plantas de fusión nuclear que no son radiactivas.
¿Qué sucede con el helio una vez que (con suerte) hagamos la transición a la energía renovable? Por ahora, no hay mucho plan para esa situación, y la escasez de helio se está abordando paso a paso.
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