Od balonów po lotnisko i rezonans magnetyczny jądrowy, wszystkie z nich są nierozłączne z witalnego gazu -. Ten rzadki materiał strategiczny, znany jako „Złoty gaz”, odgrywa niezbędną rolę w branży technologicznej High -. Naukowcy z powodzeniem wyodrębnili hel o wysokim - o czystości do 99,999% z helu - zawierający metan z węgla z węglem. Ta innowacyjna technologia stanowi nowe rozwiązanie dla zrównoważonego dostawy zasobów helu. Ponieważ zawartość helu w powietrzu jest wyjątkowo niska, tylko około 0,000524%, koszt wydobywania helu z powietrza może być wyższy niż ta sama objętość złota, więc nie ma rzeczywistej wartości ekstrakcji przemysłowej. W rzeczywistości hel jest bardziej obecny w skórce ziemskiej, ale po wydobyciu trudno jest zebrać, podobnie jak balony helu unoszące się na niebie, które są trudne do śledzenia. Dlatego hel używany obecnie przez ludzi pochodzi głównie z gazu ziemnego. Zasadniczo, gdy stężenie helu w gazu ziemnym osiąga 0,05% lub 0,1%, uważa się, że ma wartość wykorzystania przemysłowego. Jednak nawet tak niskie stężenie ekstrakcji helu wciąż jest dalekie od zaspokojenia potrzeb przemysłowych. Tang Pingping, profesor z School of Chemistry of Nankai University, wskazał, że hel, znany z symbolu elementu chemicznego, jest rzadkim materiałem strategicznym, który odgrywa niezbędną rolę w wielu dziedzinach, takich jak przemysł wojskowy, petrochemikalia, chłodzenie, leczenie, półprzewodnik, półprzewodnik, superkonduktowanie eksperymentów i głębokich -}}} nurkowania. Ta bezbarwna, bezwonna, niska - i nie - łatwopalny gaz obojętny zajmuje kluczową pozycję w rozwoju branż technologicznych o wysokim -. Bez helu wiele branż będzie miało trudności z utrzymaniem działania.
Warto szczególnie wspomnieć, że hel odgrywa istotną rolę w dziedzinie nadprzewodzących materiałów i chłodzenia ze względu na jego ultra - niską temperaturę wrzenia minus 268,9 stopnia. Może utrzymać magnesy nadprzewodzące magnetyczne, zapewniając w ten sposób, że sprzęt do rezonansu magnetycznego może dokładnie obrazować i pomagać w rozpoznaniu chorób, takich jak guzy mózgu, udar, urazy rdzenia kręgowego, choroby wątroby i rak.
Astronomowie używają ciekłego helu do ochłodzenia swoich instrumentów wykrywania, co może skutecznie zmniejszyć zakłócenia szumu termicznego, a tym samym dokładniej odbierać sygnały z odległych galaktyk. Ponadto hel ma wyjątkowo wysoką stabilność chemiczną i prawie nie reaguje z jakąkolwiek substancją, co sprawia, że odgrywa rolę gazu ochronnego w reaktorach atomowych, akceleratorach, laserach oraz procesach wytapania i spawania. Jednocześnie hel odgrywa również niezbędną rolę w polach testowania wysokiego - sprzętu końcowego, startów przestrzeni i sterowców. Ze względu na lekką wagę, non - toksyczne, nie - łatwopalne i nierozpuszczalne w wodzie, hel jest szeroko stosowany w polu medycznym. Na przykład można go dodać do tlenu w celu leczenia astmy i uduszenia, a także zapobiegać „chorobie dekompresyjnej”, które nurkowie mogą napotkać podczas pływania. Jednocześnie hel może również rozcieńczyć łatwopalne środki znieczulające, a nawet jest stosowany w technologii noża helowego Argona - w leczeniu raka.
Ponadto hel wykazuje również doskonałą przewodność cieplną, co jest kluczowe w procesie produkcyjnym składników układów półprzewodnikowych. Może pomóc w osiągnięciu szybkiego przewodzenia ciepła, zwiększając w ten sposób wydajność produkcji i zmniejszając wskaźniki defektów produktu.
W życiu codziennym często widzimy skanery kodów kreskowych przy kasie supermarketów, które używają helu - neonowych laserów do identyfikacji towarów. Nie tylko to, że neonowe lasery helu - są również szeroko stosowane w wielu urządzeniach technicznych o wysokości -, takich jak mikroskopy, spektrometry i dyski optyczne.
Jednak chociaż hel zajmuje drugie miejsce we wszechświecie, hel na Ziemi jest bardzo rzadki. Ponieważ cząsteczki helu są bardzo lekkie, grawitacja Ziemi nie może ich wiązać, więc większość helu uciekła do wszechświata we wczesnych dniach formacji Ziemi.
Istniejący hel na Ziemi pochodzi głównie z naturalnego rozkładu alfa pierwiastków radioaktywnych w skorupie ziemskiej. Hel wytwarzany przez ten proces jest niezwykle rzadki i nie odnawialny -. Eksperci zwracają uwagę, że globalne zasoby helowe mogą trwać tylko przez 200 lat. Jego niedobór wynika z dwóch aspektów: jeden polega na tym, że hel jest szeroko stosowany, a drugi jest taki, że nie można go sztucznie przygotować.
Warto zauważyć, że Zhang Suojiang, akademik chińskiej Akademii Nauk, ujawnił, że dystrybucja zasobów helowych na świecie jest niezwykle nierówna. Stany Zjednoczone zajmują pierwsze miejsce wśród ponad 40% wszystkich rezerw na świecie, a następnie Katar, Algieria i Rosja.
Obecnie główne obszary konsumpcji zasobów helu są skoncentrowane w branży półprzewodnikowej i światłowodowej w wysokiej produkcji sprzętu końcowego -, a ich popyt stanowi 45% całkowitego popytu na hel. Jednocześnie zapotrzebowanie na hel w dziedzinach medycznych jądrowych rezonansu magnetycznego i dużej inżynierii naukowej jest również znaczne, co stanowi około 20% całkowitego popytu. Ponadto pole lotnicze, zwłaszcza miejsce testu startowego, jest również ważnym konsumentem helu, stanowiącym około 5% całkowitego popytu.
Globalnie zasoby helu pochodzą głównie z ekstrakcji helu z gazu ziemnego. Według danych z United States Geological Survey globalna produkcja i popyt na hel wykazały zmienny trend w latach 2013–2022. Do 2022 r. Globalna produkcja helu będzie wynosić około 160 milionów metrów sześciennych, podczas gdy popyt wyniesie około 155 milionów metrów sześciennych.
Raport „2023 - 2028 Perspektywy rozwoju przemysłu helu i prognozy ryzyka inwestycji opublikowano przez China Research Institute of Industry and Information Technology, ujawnił, że wielkość rynku krajowego przemysłu helu osiągnęła szybki wzrost w 2022 r., Osiągając 3,895 miliarda Yuan. Chociaż samodzielna produkcja helu rośnie z roku na rok, wciąż jest daleka od zaspokojenia popytu rynku.
Według raportu badawczego Soochow Securities ceny helu nadal rosną od marca 2022 r. W szczególności w czerwcu Rosja wydała dekret ograniczający eksport gazów obojętnych, wywołując bezprecedensowe globalne obawy dotyczące podaży helu. W rezultacie cena helu na rynku chińskim wzrosła do 420-460 juanów/miernika sześciennego, co stanowi zadziwiający wzrost o ponad 300%.
Ale mimo to inwentarz hel na Ziemi gwałtownie maleje. Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy aktywnie szukają rozwiązań.
Najbardziej bezpośrednią strategią reakcji jest oszczędzanie pieniędzy. Naukowcy opracowali przemysłowy system recyklingu helu w 2014 r., Który może poddać recyklingowi i oczyścić nieczyste hel do ponownego użycia. Obecnie system może oczyszczać hel o czystości tylko 10% do ponad 99,5%.
W przypadku magnesów nadprzewodzących, głównego użytkownika helu, naukowcy badają również sposoby ograniczenia użytkowania. Wiele firm na całym świecie zobowiązuje się do przełomów w nadprzewodzącej technologii rezonansu magnetycznego, w tym dobrze znane firmy, takie jak Philips i Siemens.
Na poziomie technicznym maszyny do obrazowania rezonansu magnetycznego jądrowego powszechnie stosowane w szpitalach przyjęły płynne urządzenia helowe w celu zmniejszenia odparowania, zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie na płynny hel. Ponadto uruchomiono płynny hel - bezpłatne nadprzewodzące systemy rezonansu magnetycznego w Wandong Medical i Xingayi.
W tym samym czasie nuklearna maszyna do obrazowania rezonansu magnetycznego opracowana wspólnie przez University of Nottingham Ningbo, Prowincję Zhejiang i School of Medicine of Zhejiang University. Jego magnes nadprzewodzący wykorzystuje niski koszt - i wysokie - paski miedziane w celu zastąpienia płynnego helu czynnika chłodniczego w celu uzyskania bezpośredniej technologii chłodzenia przewodnictwa.
Oczywiście open source jest również ważnym sposobem rozwiązania sprzeczności między podażą helu a popytem. Chociaż zawartość helu w atmosferze Ziemi jest stosunkowo niewielka, gdy hel jest krótko zaopatrzony, ludzie mogą nadal oddzielić ją od atmosfery poprzez różnicę w punktach wrzenia gazu. Udowodnione rezerwy zasobów helu obejmują basen Ordos itp., Ale stoją przed wyzwaniami, takimi jak niskie stężenie helu w gazu ziemnym i trudności w eksploatacji przemysłowej i wykorzystaniu. Zhang Suojiang, akademik chińskiej Akademii Nauk, powiedział, że jeśli można opracować technologię ekstrakcji kosztów wydajnej i niskiej-, zaspokoi popyt ludzi na hel.
Innymi słowy, w przypadku krajów takich jak Chiny o dużym zapotrzebowaniu na hel, szczególnie ważne jest opracowanie wydajnej technologii ekstrakcji helu z gazu ziemnego, jednocześnie chroniąc ograniczone zasoby helowe. Pomoże to nie tylko zapewnić bezpieczeństwo helu kraju, ale także zapewni nowe rozwiązania dla zrównoważonego dostaw zasobów helowych.
W lipcu 2020 r. Pekin Zhongke Fuhai Cryogenic Technology Co., Ltd. ogłosił udaną ekstrakcję helu z odpadów gazu ziemnego, oznaczając ważny przełom w polu ekstrakcji helu w moim kraju. Do końca 2023 r. Chińscy badacze z powodzeniem wyodrębnili hel helowy o wysokim - z warstw gazu węglowego, dodatkowo promując zrównoważone wykorzystanie zasobów helu.
W celu rozwiązania problemu przygotowania helu o wysokiej - z helu - zawierającego metan węglowy, chińscy badacze innowacyjnie opracowali proces ekstrakcji metanu helu z węgla „adsorpcji huśtania ciśnienia + rozdziału błon + rafinacja i oczyszczanie”. Proces ten wyciąga nie tylko hel o czystości ponad 99,9999%, ale także ekstrahowany metan z węgla może być nadal wykorzystywany jako surowy gaz do wytwarzania energii, zdając sobie sprawę z podwójnego wykorzystania metanu węgla i zasobów helowych.
W przyszłości, wraz z ciągłym postępem i promocją technologii, ten skuteczny proces ekstrakcji helu zostanie zastosowany do dziedziny konwencjonalnego gazu ziemnego, zwiększając w ten sposób dostawę zasobów helu w moim kraju i zapewniającą silną gwarancję zasobów dla opracowania kluczowych pól, takich jak niskie - nadksięgowości temperatury i wytwarzanie półprzewodników. Jednocześnie zasoby helowe na Księżycu również przyciągnęły wiele uwagi naukowców. Chociaż ciągły wyciek helu-3 z wnętrza Ziemi wywołał dodatkową presję na zasoby helu ziemskiego, wysokie stężenie helu na Księżycu niewątpliwie zapewnia nam potencjalne alternatywne zasoby.
Według spekulacji naukowców powierzchnia księżycowa zawiera średnio 20 do 200 atomów helu na centymetr sześcienny, który jest znacznie wyższy niż zasoby helowe w atmosferze Ziemi. Dlatego Księżyc jest uważany za ważne potencjalne miejsce do uzyskania zasobów helu w przyszłości.
Po szczegółowych obliczeniach naukowców odkryli, że gdy gleba księżycowa jest podgrzewana do 80 stopni, około 1 tony helu można wydobyć z każdego 200 milionów ton gleby księżycowej. Natomiast ta sama ilość gleby ziemskiej może wytwarzać tylko 10 kilogramów helu. Warto wspomnieć, że obecność helu-3 wykryto w próbkach gleby księżycowej przywróconych przez Chang'e 5, który jest idealnym materiałem do kontrolowanej fuzji jądrowej. Naukowcy początkowo oszacowali, że rezerwy helu-3 na Księżycu mogą przekraczać 1 milion ton. Patrząc w przyszłość, Księżyc może być w stanie rozwinąć się w bazę energii, zapewniając silne wsparcie dla Ziemi w pozbyciu się problemu niedoboru helu.
