A hélium egy He szimbólummal jelölt kémiai elem, rendszáma 2. Ritka légköri gáz, színtelen, íztelen, nem mérgező, nem gyúlékony, vízben csak kis mértékben oldódik. A hélium koncentrációja a légkörben 5,24 x 10-4 térfogatszázalék. Az összes elem közül a legalacsonyabb forrásponttal és olvadásponttal rendelkezik, és csak gáz halmazállapotban létezik, kivéve rendkívül hideg körülmények között.

A héliumot elsősorban gáznemű vagy folyékony héliumként szállítják, és atomreaktorokban, félvezetőkben, lézerekben, izzókban, szupravezetésben, műszerekben, félvezetőkben és száloptikában, kriogén, MRI és K+F laboratóriumi kutatásokban használják.

Az alacsony hőmérsékletű hidegforrás

A héliumot kriogén hűtőközegként használják kriogén hűtőforrásokban, például mágneses rezonancia képalkotásban (MRI), mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópiában, szupravezető kvantumrészecske-gyorsítókban, nagy hadronütköztetőkben, interferométerekben (SQUID), elektronspin-rezonanciában (ESR) és szupravezető mágneses energiatárolókban (SMES), MHD szupravezető generátorokban, szupravezető érzékelőkben, energiaátvitelben, maglev szállításban, tömegspektrométerekben, szupravezető mágnesekben, erős mágneses tér szeparátorokban, gyűrűs térű szupravezető mágnesekben fúziós reaktorokhoz és más kriogén kutatásokhoz. A hélium a kriogén szupravezető anyagokat és mágneseket közel abszolút nulla hőmérsékletre hűti, ekkor a szupravezető ellenállása hirtelen nullára csökken. A szupravezető nagyon alacsony ellenállása erősebb mágneses teret hoz létre. A kórházakban használt MRI-berendezések esetében az erősebb mágneses mezők részletesebb radiográfiai képeket eredményeznek.

A héliumot szuperhűtő közegként használják, mivel a hélium olvadás- és forráspontja a legalacsonyabb, légköri nyomáson és 0 K-en nem szilárdul meg, és kémiailag inert, így szinte lehetetlen reakcióba lépni más anyagokkal. Ezenkívül a hélium 2,2 Kelvin alatt szuperfolyékonysá válik. Ezt az egyedülálló ultramobilitást eddig egyetlen ipari alkalmazásban sem aknázták ki. 17 Kelvin alatti hőmérsékleten a héliumnak nincs helyettesítője hűtőközegként a kriogén forrásban.

Repülés és Űrhajózás

A héliumot léggömbökben és léghajókban is használják. Mivel a hélium könnyebb a levegőnél, a léghajókat és a léggömböket héliummal töltik meg. A hélium előnye, hogy nem gyúlékony, bár a hidrogén nagyobb felhajtóerővel rendelkezik, és kisebb a szökési sebessége a membránból. Egy másik másodlagos felhasználási terület a rakétatechnológia, ahol a héliumot veszteségközegként használják az üzemanyag és az oxidálószer kiszorítására a tartályokban, valamint a hidrogén és az oxigén kondenzálására rakéta-üzemanyag előállításához. Használható az üzemanyag és az oxidálószer eltávolítására a földi támogató berendezésekből az indítás előtt, és előhűthetné a folyékony hidrogént az űrhajóban. Az Apollo programban használt Saturn V rakétában körülbelül 370 000 köbméter (13 millió köbláb) héliumra volt szükség az indításhoz.

Csővezeték szivárgásészlelés és észlelési elemzés

A hélium egy másik ipari felhasználási területe a szivárgásészlelés. A szivárgásészlelést folyadékokat és gázokat tartalmazó rendszerek szivárgásainak kimutatására használják. Mivel a hélium háromszor gyorsabban diffundál a szilárd anyagokon keresztül, mint a levegő, nyomjelző gázként használják nagy vákuumú berendezések (például kriogén tartályok) és nagynyomású tartályok szivárgásainak kimutatására. A tárgyat egy kamrába helyezik, amelyet ezután kiürítenek és héliummal töltenek fel. Még 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) szivárgási sebesség esetén is a szivárgáson keresztül kiáramló hélium egy érzékeny eszközzel (hélium tömegspektrométerrel) kimutatható. A mérési eljárás általában automatizált, és héliumintegrációs tesztnek nevezik. Egy másik, egyszerűbb módszer a szóban forgó tárgy héliummal való feltöltése és a szivárgások manuális keresése egy kézi eszköz segítségével.

A héliumot szivárgásészlelésre használják, mivel ez a legkisebb molekula és egyatomos, így a hélium könnyen szivárog. A szivárgásészlelés során héliumgázt töltenek a tárgyba, és ha szivárgás történik, a hélium tömegspektrométer képes lesz kimutatni a szivárgás helyét. A hélium felhasználható rakéták, üzemanyagtartályok, hőcserélők, gázvezetékek, elektronika, TV-csövek és egyéb gyártóberendezések szivárgásainak észlelésére. A héliummal történő szivárgásészlelést először a Manhattan projekt során alkalmazták urándúsító üzemek szivárgásainak észlelésére. A szivárgásészlelésben a hélium helyettesíthető hidrogénnel, nitrogénnel vagy hidrogén és nitrogén keverékével.

Hegesztés és fémmegmunkálás

A héliumgázt védőgázként használják ívhegesztésben és plazmaívhegesztésben, mivel ionizációs energiája magasabb, mint más atomoké. A hegesztés körüli héliumgáz megakadályozza, hogy a fém oxidálódjon olvadt állapotban. A hélium magas ionizációs energiája lehetővé teszi az építőiparban, a hajógyártásban és a repülőgépiparban használt különböző fémek, például titán, cirkónium, magnézium és alumíniumötvözetek plazmaívhegesztését. Bár a védőgázban lévő hélium argonnal vagy hidrogénnel helyettesíthető, egyes anyagok (például titán-hélium) nem helyettesíthetők plazmaívhegesztéshez. Mivel a hélium az egyetlen gáz, amely biztonságos magas hőmérsékleten.

Az egyik legaktívabb fejlesztési terület a rozsdamentes acél hegesztése. A hélium inert gáz, ami azt jelenti, hogy más anyagokkal érintkezve nem megy keresztül semmilyen kémiai reakción. Ez a tulajdonság különösen fontos a hegesztővédő gázokban.

A hélium jól vezeti a hőt. Ezért gyakran használják hegesztésekben, ahol nagyobb hőbevitelre van szükség a hegesztés nedvesíthetőségének javításához. A hélium a gyorsításhoz is hasznos.

A héliumot általában változó mennyiségben keverik argonnal a védőgázkeverékben, hogy mindkét gáz jó tulajdonságait teljes mértékben kihasználják. A hélium például védőgázként működik, hogy szélesebb és sekélyebb behatolási módokat biztosítson hegesztés közben. A hélium azonban nem biztosítja azt a tisztítást, amit az argon.

Ennek eredményeként a fémgyártók gyakran fontolóra veszik az argon és a hélium keverését a munkafolyamatuk részeként. Védőgázas fémívhegesztésnél a hélium a hélium/argon keverék gázkeverékének 25-75%-át is teheti ki. A védőgázkeverék összetételének beállításával a hegesztő befolyásolhatja a hegesztés hőeloszlását, ami viszont a hegesztési varrat keresztmetszetének alakját és a hegesztési sebességet befolyásolja.

Elektronikus félvezetőipar

Inert gázként a hélium annyira stabil, hogy alig reagál más elemekkel. Ez a tulajdonsága lehetővé teszi, hogy védőrétegként használják ívhegesztéseknél (a levegő oxigénszennyeződésének megakadályozására). A héliumnak más kritikus alkalmazásai is vannak, például félvezetők és optikai szálak gyártásában. Ezenkívül helyettesítheti a nitrogént a mélymerülésben, megakadályozva a nitrogénbuborékok képződését a véráramban, így megelőzve a búvárbetegséget.

Globális héliumértékesítési volumen (2016–2027)

A globális héliumpiac 2020-ban elérte az 1825,37 millió USD-t, és várhatóan 2027-re eléri a 2742,04 millió USD-t, 5,65%-os összetett éves növekedési ütemmel (CAGR) (2021-2027). Az iparágat nagy bizonytalanság övezi az elkövetkező években. A jelen tanulmányban szereplő 2021-2027-es időszakra vonatkozó előrejelzési adatok az elmúlt évek történelmi fejlődésén, az iparági szakértők véleményén és a jelen tanulmányban szereplő elemzők véleményén alapulnak.

A héliumipar erősen koncentrált, természeti erőforrásokból származik, és korlátozott számú globális gyártóval rendelkezik, főként az Egyesült Államokban, Oroszországban, Katarban és Algériában. A világban a fogyasztói szektor az Egyesült Államokban, Kínában, Európában és így tovább koncentrálódik. Az Egyesült Államoknak hosszú története és megingathatatlan pozíciója van az iparágban.

Sok vállalatnak több gyára is van, de ezek általában nincsenek közel a célpiacaikhoz. Ezért a termék szállítási költsége magas.

Az első öt év óta a termelés nagyon lassan nőtt. A hélium nem megújuló energiaforrás, és a termelő országokban politikák vannak érvényben a folyamatos felhasználásának biztosítása érdekében. Egyesek azt jósolják, hogy a hélium a jövőben kifogy.

Az iparág import- és exportaránya magas. Szinte minden ország használ héliumot, de csak kevés rendelkezik héliumkészlettel.

A hélium széles körben felhasználható, és egyre több területen lesz elérhető. A természeti erőforrások szűkössége miatt a hélium iránti kereslet valószínűleg a jövőben növekedni fog, ami megfelelő alternatívákat igényel. A hélium ára várhatóan tovább emelkedik 2021 és 2026 között, 13,53 USD/m3-ről (2020) 19,09 USD/m3-re (2027).

Az iparágat a gazdaság és a politika is befolyásolja. Ahogy a globális gazdaság fellendül, egyre több ember aggódik a környezetvédelmi előírások javítása miatt, különösen a nagy népességű és gyors gazdasági növekedésű, fejletlen régiókban, ahol a hélium iránti kereslet növekedni fog.

Jelenleg a legnagyobb globális gyártók közé tartozik a Rasgas, a Linde Group, az Air Chemical, az ExxonMobil, az Air Liquide (Dz) és a Gazprom (Ru). 2020-ban a 6 legnagyobb gyártó értékesítési részesedése meghaladja a 74%-ot. A várakozások szerint a verseny az iparágban a következő években fokozódni fog.

HL kriogén berendezések

A folyékony héliumforrások szűkössége és az emelkedő ár miatt fontos a folyékony hélium felhasználása és szállítása során fellépő veszteség és kinyerés csökkentése.

Az 1992-ben alapított HL Cryogenic Equipment a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.-hez kapcsolódó márka. A HL Cryogenic Equipment elkötelezett a nagyvákuumú szigetelésű kriogén csőrendszerek és a kapcsolódó támogató berendezések tervezése és gyártása iránt, hogy kielégítse az ügyfelek változatos igényeit. A vákuumszigetelt csövek és flexibilis tömlők nagyvákuumú és többrétegű, speciális szigetelt anyagokból készülnek, és számos rendkívül szigorú műszaki kezelésen és nagyvákuumú kezelésen esnek át, amelyeket folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, cseppfolyósított etiléngáz (LEG) és cseppfolyósított földgáz (LNG) szállítására használnak.

A HL Cryogenic Equipment Company vákuumköpenyes csövekből, vákuumköpenyes tömlőkből, vákuumköpenyes szelepekből és fázisszétválasztókból álló termékcsaládja, amely rendkívül szigorú műszaki kezeléseken esett át, folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, LEG és LNG szállítására szolgál, és ezeket a termékeket kriogén berendezésekhez (pl. kriogén tartályok, Dewar-tartályok és hűtőládák stb.) szervizelik a levegőszétválasztás, gázok, repülés, elektronika, szupravezető, chipek, automatizálási összeszerelés, élelmiszer- és italgyártás, gyógyszeripar, kórház, biobank, gumiipar, új anyaggyártás, vegyipar, vas- és acélipar, valamint tudományos kutatás stb. iparágakban.

A HL Cryogenic Equipment Company a Linde, az Air Liquide, az Air Products (AP), a Praxair, a Messer, a BOC, az Iwatani és a Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) stb. minősített beszállítója/forgalmazója lett.