Гелий — невозобновляемый ресурс: что будет, если он закончится на Земле

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.