Нобелевский лауреат предрек конец воздушным шарикам

Запасы гелия на Земле могут истощиться через 25 лет, если только его производство не будет налажено в России. Такой пессимистичный прогноз делает американский ученый, предрекая катастрофический рост цен не только на воздушные шарики, но и на магнитную томографию.

Гелий нужен не только как газ для воздушных шариков, метеозондов и дирижаблей. Он же используется для охлаждения различных устройств до сверхнизких, всего несколько градусов выше абсолютного нуля, температур. Магнитно-резонансная томография, например, именно по этой причине является довольно дорогим обследованием— магниты прибора охлаждает именно жидкий гелий.

Гелий используется для охлаждения магнитов и ускорителей, которые являются основным инструментом для физиков, изучающих элементарные частицы. Большой адронный коллайдер LHC, американский «Теватрон»— это снова жидкий гелий. Если пессимистичные прогнозы окажутся правдой, то придется не только обходиться без шариков на днях рождения, туго придется врачам и ученым.

Почему?

Почему гелий должен закончиться? Для ответа на этот вопрос стоит вначале прояснить, откуда вообще берется самый легкий из инертных газов: в настоящее время гелий добывают из природного газа. Если природный газ, тот что в очищенном виде идет к конфоркам плит и котлам ТЭЦ, охладить до низких температур, из него в жидкий осадок выпадет все, кроме водорода, гелия и неона. Из смеси этих газов уже можно выделить гелий, пропустив ее над поглощающим водород катализатором и еще раз охладив жидким азотом.

Что почем?

 

Детали процесса получения гелия даны не случайно— они позволяют понять, почему этот газ и сейчас стоит заметно дороже аргона или тем более азота. Баллон с 10 литрами технического гелия под давлением 150 атмосфер стоит (на момент написания статьи и на сайтах российских фирм) около тысячи рублей, аргон обойдется примерно вдвое дешевле, а азот, который составляет 75% воздуха, и вовсе отдадут в таком же баллоне рублей за 150–200.

Крупнейшим производителем гелия в мире на сегодняшний день являются США, на долю которых приходится 78% добычи инертного газа. И именно с американскими гелиевыми месторождениями, а также добывающими гелий предприятиями, есть некоторая проблема.

Земельно-гелиевый вопрос

Важность гелия правительство США осознало в 1920-х годах, поскольку гелий в то время использовался как наполнитель для дирижаблей и аэростатов. И хотя решающую роль в военных действиях второй мировой войны сыграли отнюдь не летательные аппараты легче воздуха, с 1925 года часть добываемого гелия снова закачивалась под землю.

На этих графиках показано, почему американский гелий может быть важен не только для США.
Источник: US Geological Survey

 

 

Но не просто под землю, а в скважины вблизи города Амарилло, штат Техас. Там, в газоносных пластах, гелий сохранялся про запас, в хранилище Национального гелиевого резерва, далее для краткости NHR. Специальный закон 1960 года, «Поправка к акту о гелии», утвердил постройку отдельного газопровода общей длиной 684 км от заводов по добыче гелия к NHR и далее система «заводы-хранилище» успешно работала в том числе и на космические нужды— гелий активно использовался космической промышленностью.

Из воздуха?

 

Теоретически гелий можно извлекать и из воздуха, где его содержится около 0,0005%. Однако стоить такой гелий будет в десятки раз дороже, чем гелий из российского газа, и в сотни раз дороже, чем гелий из природного газа некоторых месторождений США (где его и добывают), а также Восточной Сибири (где добыча пока что лишь налаживается или обсуждается).

Спустя несколько десятков лет NHR подрастратил значительную часть запасов и содержать его стало невыгодно. Еще один закон, «Акт о приватизации гелия» 1995 года, официально поставил на государственном финансировании NHR крест, и спустя еще 10 лет, в 2005-м, хранилище начали ликвидировать, продавая его частным компаниям.

Что, по мнению целого ряда ученых, стало фатальной ошибкой. Остатки гелия, как считает в том числе Роберт Ричардсон, нобелевский лауреат и один из специалистов мирового уровня в области физики низких температур, будут теперь распроданы по откровенно заниженным ценам и какое-то время заниматься переработкой уже использованного газа будет просто невыгодно. Потом, конечно, резерв будет исчерпан, ряд старых месторождений тем временем исчерпается – и Землю ждет «гелиевый голод».

3 и 4— большая разница!

 

Гелий бывает двух стабильных изотопов— гелий-4 (два протона и два нейтрона в атомном ядре) и гелий-3 (два протона и один нейтрон). Гелий-3 намного более редок, и его месторождения находятся... на Луне. Именно ради гелия-3, который можно будет использовать в термоядерных реакторах будущего, предлагается начать промышленное освоение нашего естественного спутника— но пока что это всего лишь планы и основа сюжета фантастического фильма Moon ( «Луна 2112» в русском прокате).

Баллон с гелием, который сейчас можно за сравнительно скромные деньги купить на детскую вечеринку для надувания воздушных шариков, подорожает до сотни долларов. Вырастут цены на магнитную томографию, с серьезными проблемами столкнутся физики и не только. Сейчас гелий используется в некоторых экспериментальных ядерных реакторах, им продувают топливные магистрали на космических кораблях перед подготовкой к запуску, он же благодаря своей чрезвычайно высокой текучести используется для поиска утечек в ответственных системах самого разного назначения. Для продувания топливных систем, положим, сойдет и иной инертный газ, но заменить гелий на что-то иное в томографах просто невозможно.

Нужен для дыхания

 

Смесью гелия с кислородом дышат работающие на больших глубинах аквалангисты— она в буквальном смысле слова нужна им как воздух. Даже больше, чем воздух, так как азот воздуха при большом давлении способен вызвать тяжелое отравление, «азотный наркоз».

Что надо было делать?

Тема NHR поднимается в прессе уже не первый раз. Беспокойство ученых уже становилось поводом для публикаций в ведущем научном журнале Nature, (который освещает не только открытия, но и способные повлиять на работу ученых политические события) в 2000 году, поэтому выступление Роберта Ричардсона в журнале New Scientist не стало абсолютной неожиданностью. Однако весьма неожиданным для стороннего наблюдателя может оказаться то, что ученый призывает не к более строгому госрегулированию и национализации NHR— напротив, он сторонник свободного рынка.

«Что делать? Уйти правительству прочь и дать свободному рынку расставить все по своим местам. Результатом станет быстрый рост цен на гелий. К несчастью, стоимость баллона для вечеринки повысится с трех до ста долларов, но с этим просто придется научится жить, потому как рано или поздно гелий все равно закончится»,— сказал ученый. Перед этим он пояснил, что сейчас газ из-за государственного регулирования рынка продается по очень низкой цене, которая делает его повторный сбор после использования попросту невыгодным.

Шанс для России?

Наряду с NHR и американскими заводами есть и другие предприятия в мире, которые производят гелий. В России, например, сейчас добывается около нескольких процентов мирового гелия, но на территории страны есть и месторождения, которые способны стать источником этого газа в мировом масштабе.

Карта газовых месторождений России с указанием содержания в природном газе гелия. Если увеличить схему (нажав на нее), то можно увидеть, что наиболее богатые месторождения находятся в малоосвоенных участках Восточной Сибири.
Источник: Сырьевая база гелия в мире - Якуцени В.П., Нефтегазовая геология. Теория и практика. (4) 2009

 

 

По оптимистичным оценкам, сделанным еще в 2005 году (до мирового финансового кризиса и в год, когда началась распродажа NHR), Россия к 2030 году может стать одним из мировых лидеров в производстве гелия, заняв около 40% рынка. Правда, для этого придется не только разработать месторождения, которые находятся вдалеке от основных промышленных центров, но и построить заводы, способные извлекать гелий из природного газа.

Кто есть кто

 

Якуцени Вера Прокофьевна— доктор геолого-минералогических наук, специалист по закономерностям накопления и распределения гелия в земной коре. Автор более 200 научных работ.

В противном случае, как указано в статье «Сырьевая база гелия в мире и перспективы развития гелиевой промышленности» Веры Якуцени (в журнале «Нефтегазовая геология. Теория и практика»), потери гелия при разработке новых месторождений и уже начавшемся экспорте газа в Китай с Ковыктинского месторождения могут легко превысить всю его мировую добычу.