هلیوم، این گاز بی‌صدا و سبک، به یکی از حیاتی‌ترین منابع در زندگی مدرن تبدیل شده است. از تجهیزات بیمارستانی گرفته تا فضاپیماها، ترکیبات تنفسی در اعماق دریا، ساخت لوازم الکترونیکی و ابزارهای دقیق علمی، همگی به وجود این گاز وابسته‌اند. با وجود این اهمیت، منابع هلیوم همواره شکننده و ناپایدار بوده‌اند.
تجربه‌ای تلخ از قطع دسترسی به هلیوم
نانسی واشتن، شیمیدان در آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL)، کسی است که با اثرات مستقیم کمبود هلیوم مواجه شد. او در سال ۲۰۲۲ مجبور شد یک طیف‌سنج رزونانس مغناطیسی هسته‌ای بسیار حیاتی را خاموش کند، زیرا تأمین‌کننده‌اش ارسال هلیوم را کاهش داده بود.
اهمیت استراتژیک هلیوم
ویژگی‌های فیزیکی منحصربه‌فرد
هلیوم با نقطه جوش فوق‌العاده پایین (حدود ۴۵۲- درجه فارنهایت) برای خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI و تجهیزات علمی دیگر ضروری است. همچنین به دلیل بی‌اثری شیمیایی و سبک بودنش، در بادکنک‌های هواشناسی و کیسه‌های هوای خودروها نیز به‌کار می‌رود.
منشأ طبیعی و محدود
هلیوم به‌صورت طبیعی از طریق فروپاشی‌های رادیواکتیو در پوسته زمین تولید می‌شود. تولیدکنندگان آن را از جریان‌های گاز طبیعی جدا کرده و به بازارهای علمی، پزشکی و صنعتی عرضه می‌کنند. این گاز آن‌قدر سبک است که با گذر زمان به فضای خارج نشت می‌کند و غیرقابل بازیابی است.
فشار مضاعف بر آزمایشگاه‌های تحقیقاتی
واشتن توضیح می‌دهد: «ما اکنون از ذخایر مایع هلیوم استفاده می‌کنیم که فروشندگان از قبل ذخیره کرده بودند». در برخی موارد، قیمت هر لیتر هلیوم برای خنک‌سازی به ۵۵ دلار رسید. محققان در سراسر جهان، از جمله کاربران دستگاه‌های NMR، با کمبود شدید روبرو شده‌اند.
پیامدهای علمی و مالی
در نتیجه، برخی از تجهیزات پیشرفته مانند آهنرباهای ابررسانا در آزمایشگاه PNNL از مدار خارج شدند که به تعویق در تحقیقات انرژی منجر شد. برخی مؤسسات برای مقابله با این بحران، به سامانه‌های بازیابی پیشرفته متوسل شدند که گاز تبخیرشده را جمع‌آوری، مایع و مجدداً استفاده می‌کنند. اما این سامانه‌ها بسیار گران، نیازمند نگهداری دقیق، و نیازمند لوله‌کشی جدید هستند؛ که مؤسسات کوچک توان تأمین آن‌ها را ندارند.
تأثیر مستقیم کمبود هلیوم بر حوزه سلامت
وابستگی بیمارستان‌ها به هلیوم
بیمارستان‌ها بزرگ‌ترین مصرف‌کننده هلیوم هستند و تقریباً یک‌سوم از مصرف جهانی را به خود اختصاص می‌دهند. این گاز برای خنک‌سازی آهنرباهای MRI استفاده می‌شود. اگر زنجیره تأمین دچار اختلال شود، اسکن‌های پزشکی ممکن است لغو یا به تعویق بیفتد.
راه‌حل‌های نوین در MRI
برخی از مدل‌های جدید MRI تنها به یک لیتر هلیوم نیاز دارند. این دستگاه‌ها با محفظه‌های بسته‌ای طراحی شده‌اند که گاز را بازیافت می‌کنند. گرچه این دستگاه‌ها گران‌تر هستند و میدان مغناطیسی کمتری تولید می‌کنند، اما امیدهایی برای کاهش مصرف هلیوم ایجاد کرده‌اند.
افزایش تقاضا در صنایع نوین در برابر کاهش منابع
پیش‌بینی افزایش تقاضا
کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که تا سال ۲۰۳۵ تقاضای جهانی برای هلیوم دو برابر خواهد شد، به‌ویژه در صنایعی چون تولید نیمه‌هادی‌ها و باتری‌های خودروهای برقی.
نبود روش تولید مصنوعی
هیچ روش مصنوعی در مقیاس بزرگ برای تولید هلیوم وجود ندارد. این گاز به‌طور طبیعی با نرخ بسیار کندی در پوسته زمین ایجاد می‌شود و دائماً از جو خارج می‌گردد.
عوامل تشدیدکننده اختلال در تأمین
اختلال در زنجیره تأمین هلیوم رایج است. تعطیلی‌های دوره‌ای تأسیسات، تحریم‌ها و درگیری‌های ژئوپلیتیکی از جمله عوامل مؤثرند. کشورهای قطر، الجزایر و ایالات متحده از تأمین‌کنندگان اصلی هستند، اما حوادث پیش‌بینی‌نشده، عرضه را در معرض خطر قرار می‌دهد.
جستجوی منابع جدید هلیوم
کشفیات جدید و امیدهای تازه
صادرکنندگان بزرگ گاز طبیعی به دنبال استخراج منابع جدید هلیوم هستند. کشف میدان عظیم هلیوم در تانزانیا، که قرار است از سال ۲۰۲۵ بهره‌برداری شود، نخستین نمونه استخراج هلیوم در مقیاس صنعتی بدون وابستگی به سوخت‌های فسیلی خواهد بود. قطر نیز برنامه دارد تا در سال ۲۰۲۷ کارخانه جدیدی برای تولید هلیوم راه‌اندازی کند.
چالش‌های مالی و اجرایی
با این حال، برخی کارشناسان مانند کریستوفر بالنتین از دانشگاه آکسفورد هشدار می‌دهند که تحقق پروژه‌ها به زمان و سرمایه‌گذاری زیادی نیاز دارد.
راهبردهای پایداری در تأمین هلیوم
دخالت دولت‌ها و بخش خصوصی
دولت‌ها تلاش کرده‌اند با ایجاد ذخایر استراتژیک از بحران جلوگیری کنند. بزرگ‌ترین منبع هلیوم جهان، یعنی ذخیره فدرال ایالات متحده، در سال ۲۰۲۴ به بخش خصوصی واگذار شد. انجمن گازهای فشرده آمریکا نسبت به این واگذاری هشدار داده و آن را عامل افزایش نوسانات بازار می‌داند.
نگرانی از آینده‌ای ناپایدار
با افزایش قیمت‌ها و دشواری پیش‌بینی تولید پایدار، نگرانی‌ها افزایش یافته‌اند. ممکن است در آینده، حتی اسکن‌های پزشکی معمولی یا تولید نیمه‌هادی‌ها با چالش مواجه شوند.
مسابقه با زمان برای حفظ این منبع حیاتی
نانسی واشتن می‌گوید: «این موضوع جدی است و باید برای آن چاره‌ای اندیشید». اگر کمبود هلیوم شدت بگیرد، پیامدهایی برای حوزه‌های مختلف، از جمله بیمارستان‌ها و تولیدات پیشرفته، به همراه خواهد داشت.
با وجود خوش‌بینی نسبی در مورد میادین جدید هلیوم، دستگاه‌های MRI کم‌مصرف و فناوری‌های بازیابی، جایگزینی برای این گاز کمیاب تقریباً غیرممکن است. بنابراین باید هر قطره از آن بازیابی، مایع و دوباره استفاده شود؛ حتی اگر این امر نیازمند تجهیزات گران‌قیمت و برنامه‌ریزی دقیق باشد.
جمع‌بندی نهایی
بحران جهانی کمبود هلیوم موضوعی استراتژیک و چندوجهی است. ترکیب افزایش تقاضا، عدم تولید مصنوعی، اختلال در تأمین جهانی و هزینه‌های بالا، زنگ خطر را برای آینده به صدا درآورده است. تنها با ترکیبی از نوآوری، سرمایه‌گذاری دولتی، ذخایر استراتژیک و فناوری‌های بازیافتی می‌توان از ورود به بحران جدی‌تر جلوگیری کرد.
این مطالعه در نشریه Physics Today منتشر شده است.
