Heelium on keemiline element sümboliga He ja aatomnumbriga 2. See on haruldane atmosfäärigaas, värvitu, maitsetu, mittetoksiline, mittesüttiv ja vees vaid vähesel määral lahustuv. Heeliumi kontsentratsioon atmosfääris on 5,24 x 10-4 mahuprotsenti. Sellel on kõigist elementidest madalaimad keemis- ja sulamistemperatuurid ning see eksisteerib ainult gaasina, välja arvatud äärmiselt külmades tingimustes.

Heeliumi transporditakse peamiselt gaasilise või vedela heeliumi kujul ning seda kasutatakse tuumareaktorites, pooljuhtides, laserites, lambipirnides, ülijuhtivuse tootmisel, instrumenteerimisel, pooljuhtides ja fiiberoptikas, krüogeensetes seadmetes, magnetresonantstomograafias ning teadus- ja arendustegevuse laboriuuringutes.

Madala temperatuuriga külmaallikas

Heeliumi kasutatakse krüogeense jahutusvedelikuna krüogeensetes jahutusallikates, näiteks magnetresonantstomograafias (MRI), tuumamagnetresonantsspektroskoopias (NMR), ülijuhtivate kvantosakeste kiirendites, suurtes hadronite põrkurites, interferomeetrites (SQUID), elektronide spinnresonantsi (ESR) ja ülijuhtivate magnetenergia salvestamise seadmetes (SMES), MHD ülijuhtivates generaatorites, ülijuhtivates andurites, jõuülekandes, maglevi transpordis, massispektromeetrites, ülijuhtivates magnetites, tugeva magnetvälja separaatorites, rõngakujulise väljaga ülijuhtivates magnetites termotuumasünteesireaktorites ja muudes krüogeensetes uuringutes. Heelium jahutab krüogeenseid ülijuhtivaid materjale ja magneteid peaaegu absoluutse nullini, mille juures ülijuhi takistus langeb järsult nullini. Ülijuhi väga madal takistus loob võimsama magnetvälja. Haiglates kasutatavate MRI-seadmete puhul tekitavad tugevamad magnetväljad radiograafilistel piltidel rohkem detaile.

Heeliumi kasutatakse ülijahutusagensina, kuna heeliumil on madalaimad sulamis- ja keemistemperatuurid, see ei tahkestu atmosfäärirõhul ja temperatuuril 0 K ning on keemiliselt inertne, mistõttu on tal peaaegu võimatu teiste ainetega reageerida. Lisaks muutub heelium alla 2,2 kelvini ülivoolavaks. Seni pole seda ainulaadset ülimobiilsust üheski tööstuslikus rakenduses ära kasutatud. Temperatuuril alla 17 kelvini ei ole krüogeenses allikas heeliumile külmaainena asendajat.

Aeronautika ja astronautika

Heeliumi kasutatakse ka õhupallides ja õhulaevades. Kuna heelium on õhust kergem, täidetakse õhulaevad ja õhupallid heeliumiga. Heeliumi eeliseks on see, et see ei ole süttiv, kuigi vesinik on ujuvam ja selle membraanist väljumise kiirus on madalam. Teine sekundaarne kasutusala on raketitehnoloogias, kus heeliumi kasutatakse kadukeskkonnana kütuse ja oksüdeerija asendamiseks mahutites ning vesiniku ja hapniku kondenseerimiseks raketikütuse valmistamiseks. Seda saaks kasutada ka kütuse ja oksüdeerija eemaldamiseks maapealsetest tugiseadmetest enne starti ning see võiks kosmoselaevas vedelat vesinikku eeljahutada. Apollo programmis kasutatud Saturn V raketis oli stardiks vaja umbes 370 000 kuupmeetrit (13 miljonit kuupjalga) heeliumi.

Torujuhtme lekke tuvastamine ja tuvastamise analüüs

Teine heeliumi tööstuslik kasutusala on lekke tuvastamine. Lekke tuvastamist kasutatakse lekete avastamiseks vedelikke ja gaase sisaldavates süsteemides. Kuna heelium difundeerub läbi tahkete ainete kolm korda kiiremini kui õhk, kasutatakse seda märgistusgaasina lekete tuvastamiseks kõrgvaakumseadmetes (näiteks krüogeensetes paakides) ja kõrgsurvemahutites. Objekt asetatakse kambrisse, mis seejärel vaakumitakse ja täidetakse heeliumiga. Isegi nii madala lekkekiiruse korral kui 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) saab lekke kaudu lekkiva heeliumi tuvastada tundliku seadmega (heeliumi massispektromeeter). Mõõtmisprotseduur on tavaliselt automatiseeritud ja seda nimetatakse heeliumi integreerimistestiks. Teine, lihtsam meetod on täita kõnealune objekt heeliumiga ja otsida lekkeid käsitsi pihuarvuti abil.

Heeliumi kasutatakse lekke tuvastamiseks, kuna see on väikseim molekul ja üheaatomiline, mistõttu heelium lekib kergesti. Lekke tuvastamise ajal täidetakse objekti heeliumgaasiga ja lekke korral suudab heeliumi massispektromeeter tuvastada lekke asukoha. Heeliumi saab kasutada lekete tuvastamiseks rakettides, kütusepaakides, soojusvahetites, gaasitorudes, elektroonikas, teleritorudes ja muudes tootmiskomponentides. Heeliumi abil lekke tuvastamist kasutati esmakordselt Manhattani projekti ajal uraani rikastamise tehastes lekete tuvastamiseks. Lekke tuvastamiseks saab heeliumi asendada vesiniku, lämmastiku või vesiniku ja lämmastiku seguga.

Keevitamine ja metallitöötlus

Heeliumgaasi kasutatakse kaitsegaasina kaarkeevitamisel ja plasmakaarkeevitamisel, kuna sellel on kõrgem ionisatsioonipotentsiaalne energia kui teistel aatomitel. Heeliumgaas keevisõmbluse ümber hoiab ära metalli oksüdeerumise sulas olekus. Heeliumi kõrge ionisatsioonipotentsiaalne energia võimaldab plasmakaarkeevitust erinevatele metallidele, mida kasutatakse ehituses, laevaehituses ja lennunduses, näiteks titaanile, tsirkooniumile, magneesiumile ja alumiiniumisulamitele. Kuigi kaitsegaasis olevat heeliumi saab asendada argooni või vesinikuga, ei saa mõnda materjali (näiteks titaanheeliumi) plasmakaarkeevitamisel asendada. Kuna heelium on ainus gaas, mis on kõrgetel temperatuuridel ohutu.

Üks aktiivsemaid arendusvaldkondi on roostevaba terase keevitamine. Heelium on inertgaas, mis tähendab, et kokkupuutel teiste ainetega ei toimu sellega keemilisi reaktsioone. See omadus on eriti oluline keevituskaitsegaaside puhul.

Heelium juhib ka hästi soojust. Seetõttu kasutatakse seda tavaliselt keevisõmblustes, kus keevisõmbluse märguvuse parandamiseks on vaja suuremat soojusenergiat. Heelium on kasulik ka kiiruse suurendamiseks.

Kaitsegaasisegus segatakse heeliumi tavaliselt argooniga erinevates kogustes, et mõlema gaasi häid omadusi täielikult ära kasutada. Näiteks toimib heelium kaitsegaasina, et keevitamise ajal tagada laiem ja madalam läbitungimisala. Kuid heelium ei paku sellist puhastusvõimalust nagu argoon.

Seetõttu kaaluvad metallitootjad argooni ja heeliumi segamist oma tööprotsessi osana. Gaaskaitsega metallkaarkeevituse puhul võib heelium moodustada heeliumi/argooni segu gaasisegust 25–75%. Kaitsegaasi segu koostise reguleerimisega saab keevitaja mõjutada keevisõmbluse soojusjaotust, mis omakorda mõjutab keevismetalli ristlõike kuju ja keevituskiirust.

Elektroonika pooljuhtide tööstus

Inertse gaasina on heelium nii stabiilne, et see peaaegu ei reageeri teiste elementidega. See omadus võimaldab seda kasutada kaarkeevituses kilbina (õhu hapniku saastumise vältimiseks). Heeliumil on ka muid olulisi rakendusi, näiteks pooljuhtide ja optiliste kiudude tootmisel. Lisaks saab see süvasukeldumisel lämmastikku asendada, et vältida lämmastikumullide teket vereringes ja seeläbi sukeldumishaigust.

Globaalne heeliumi müügimaht (2016–2027)

Globaalne heeliumiturg ulatus 2020. aastal 1825,37 miljoni USA dollarini ja eeldatavasti ulatub see 2027. aastaks 2742,04 miljoni USA dollarini, kusjuures liitkasvumäär (CAGR) on 5,65% (2021–2027). Tööstuses valitseb lähiaastatel suur ebakindlus. Käesolevas artiklis esitatud prognoosid aastateks 2021–2027 põhinevad viimaste aastate ajaloolisel arengul, valdkonna ekspertide arvamustel ja analüütikute arvamustel.

Heeliumitööstus on väga kontsentreeritud, pärineb loodusvaradest ja sellel on piiratud arv globaalseid tootjaid, peamiselt Ameerika Ühendriikides, Venemaal, Kataris ja Alžeerias. Maailmas on tarbijasektor koondunud Ameerika Ühendriikidesse, Hiinasse, Euroopasse jne. Ameerika Ühendriikidel on selles tööstusharus pikk ajalugu ja vankumatu positsioon.

Paljudel ettevõtetel on mitu tehast, kuid need ei asu tavaliselt oma sihtrühma lähedal. Seetõttu on toote transpordikulud kõrged.

Alates esimesest viiest aastast on tootmine kasvanud väga aeglaselt. Heelium on taastumatu energiaallikas ja tootjariikides on kehtestatud poliitikad selle jätkuva kasutamise tagamiseks. Mõned ennustavad, et heelium saab tulevikus otsa.

Tööstusel on impordi ja ekspordi suur osakaal. Peaaegu kõik riigid kasutavad heeliumi, kuid vaid vähestel on heeliumivarud.

Heeliumil on lai kasutusala ja see on saadaval üha rohkemates valdkondades. Loodusvarade nappuse tõttu on heeliumi nõudlus tulevikus tõenäoliselt suurenenud, mis nõuab sobivaid alternatiive. Heeliumi hinnad peaksid aastatel 2021–2026 jätkuvalt tõusma, 13,53 dollarilt kuupmeetri kohta (2020) 19,09 dollarini kuupmeetri kohta (2027).

Tööstusharu mõjutab majandus ja poliitika. Maailmamajanduse taastudes on üha rohkem inimesi mures keskkonnastandardite parandamise pärast, eriti suure rahvaarvuga ja kiire majanduskasvuga vähearenenud piirkondades, kus heeliumi nõudlus suureneb.

Praegu on suuremate globaalsete tootjate hulka Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) ja Gazprom (Ru) jne. 2020. aastal ületab kuue suurima tootja müügiosa 74%. Eeldatakse, et konkurents selles valdkonnas järgmise paari aasta jooksul tiheneb.

HL krüogeensed seadmed

Vedela heeliumi ressursside nappuse ja hinnatõusu tõttu on oluline vähendada vedela heeliumi kadu ja taaskasutamist selle kasutamise ja transportimise käigus.

HL Cryogenic Equipment asutati 1992. aastal ja on HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.-ga seotud kaubamärk. HL Cryogenic Equipment on pühendunud kõrgvaakumisolatsiooniga krüogeensete torustike ja nendega seotud tugiseadmete projekteerimisele ja tootmisele, et rahuldada klientide erinevaid vajadusi. Vaakumisolatsiooniga torud ja painduvad voolikud on valmistatud kõrgvaakumis ja mitmekihilistest mitmesõelalistest spetsiaalsetest isoleeritud materjalidest ning läbivad rea äärmiselt rangeid tehnilisi töötlusi ja kõrgvaakumtöötlust, mida kasutatakse vedela hapniku, vedela lämmastiku, vedela argooni, vedela vesiniku, vedela heeliumi, veeldatud etüleengaasi (LEG) ja veeldatud maagaasi (LNG) ülekandmiseks.

HL Cryogenic Equipment Company vaakumkestaga torude, vaakumkestaga voolikute, vaakumkestaga ventiilide ja faasieraldajate tooteseeria, mis on läbinud rea äärmiselt rangeid tehnilisi töötlusi, on mõeldud vedela hapniku, vedela lämmastiku, vedela argooni, vedela vesiniku, vedela heeliumi, vedela gaasi (LEG) ja veeldatud maagaasi (LNG) ülekandmiseks ning neid tooteid hooldatakse krüogeensetes seadmetes (nt krüogeensed mahutid, dewar-anumad ja külmkastid jne) õhueralduse, gaaside, lennunduse, elektroonika, ülijuhtide, kiipide, automaatika montaaži, toidu- ja joogitööstuse, apteegi, haiglate, biopankade, kummi, uute materjalide tootmise, keemiatehnika, raua- ja terasetööstuse ning teadusuuringute jms tööstusharudes.

HL Cryogenic Equipment Company on saanud Linde, Air Liquide'i, Air Productsi (AP), Praxairi, Messeri, BOCi, Iwatani ja Hangzhou Oxygen Plant Groupi (Hangyang) jt kvalifitseeritud tarnijaks/müüjaks.