czwartek, 30 maja 2013

Dlaczego baloniki wypełnione helem są takie drogie?

Hel jest, drugim po wodorze, najliczniej występującym we Wszechświecie pierwiastkiem. Niestety, zasoby ziemskie w żaden sposób nie odzwierciedlają tej proporcji. Helu na Ziemi jest bardzo mało a będzie coraz mniej. Hel tracony jest bezpowrotnie i nie ma możliwości odzyskiwania helu już raz wykorzystanego. Ulatuje do atmosfery, a potem w kosmos. Baloniki z helem są drogie, a będą jeszcze droższe lub znikną na zawsze z jarmarków świątecznych. Na szczęście dla nas Polska jest helowym mocarstwem - na razie.

Obecnie hel pozyskiwany jest głównie jako produkt uboczny przy oczyszczaniu gazu ziemnego. I tak się szczęśliwie składa, że hel w skorupie ziemskiej skoncentrowany jest głównie właśnie w pobliżu złóż gazu ziemnego. Dlaczego szczęśliwie? Dlatego, że średnie stężenie helu w skorupie jest bardzo małe. Trudno je wyrazić nawet w skali ppb (ang. part per billion) czyli w liczbie atomów helu na miliard wszystkich. Innymi słowy, średnia zawartość helu to wartości rzędu 0.0000001% składu skorupy ziemskiej. Jak widać mało, a nawet bardzo mało. W atmosferze ziemskiej jest go nieco więcej bo stężenie sięga 5.2 ppm czyli około 5 atomów na milion wszystkich. Jednak wykorzystanie tego źródła helu jest problematyczne. Ponadto, hel bardzo trudno wchodzi w jakiekolwiek związki i, jak to się mówi, jest bardzo lotny.

Ta jego przysłowiowa lotność i brak związków powoduje, że chętnie ulatuje z atmosfery w kosmos. Ziemia pozbywa się helu o wiele szybciej niż wodoru, gdyż ten ostatni uwięziony jest np. parze wodnej. Najszybciej odgazowanie atmosfery i ulatywanie helu w kosmos odbywa się w pobliżu biegunów, gdzie linie pola magnetycznego Ziemi są bardzo wydłużone, a część z nich jest otwarta, co pozwala helowi opuścić ziemskie pole grawitacyjne, szczególnie dzięki tzw. wiatrowi słonecznemu.

Jak już wspomniałem, hel związany jest głównie ze złożami gazu ziemnego, ale nie wszystkie jego pokłady zawierają dostateczne ilości helu. Jedynie kilka krajów na świecie ma złoża, z których opłaca się ekstrahować hel. Zdecydowanym potentatem są Stany Zjednoczone. Allah nie poskąpił także helu Katarowi i Algierii, ale Polska jest na czwartym miejscu (!) w produkcji helu na świecie. W tej chwili jesteśmy jedynym krajem Unii Europejskiej, który dostarcza komercyjnych ilości helu na rynki światowe. Hel to polski hit eksportowy.
Główni producenci helu na świecie (na wykresie ceny helu) (Peplow, 2013)
Oczyszczaniem gazu ziemnego i pozyskiwaniem z niego helu zajmuje się oddział PGNiG w Odolanowie. Wykorzystuje się tam zaazotowany gaz ziemny wydobywany ze złóż rozmieszczonych na Niżu Polskim, głównie w województwie wielkopolskim czy lubuskim. Zawartość helu w tych złożach wynosi 0.3% do 0.4%. Zasobność polskich złóż helu szacowana jest na około 30 mln m3, a produkcja wynosi obecnie 3 mln mrocznie. Dla porównania Algieria ma ponad 8 mld m3 zasobów przy rocznej produkcji rzędu 20 mln m3. Katar odpowiednio ponad 10 mld m3 zasobów i 15 mln m3 produkcji rocznej. Z kolei USA mają 20.6 mld m3 zasobów przy rocznej produkcji rzędu 75 mln m3. Pozostaje jeszcze Rosja, której zasoby szacuje się na 6.8 mld m3.

Przez wiele lat problem wydobycia helu nie istniał, bo USA od lat 60-tych gromadziły potężne ilości tego gazu w podziemnych zbiornikach w Teksasie. Do 1970 r. udało się wtłoczyć pod ziemię 1.2 mld m3 helu. Jak widać, 40 razy więcej niż wynoszą polskie zasoby. Ale zbiornik jest już w połowie opróżniony, a światowy apetyt na hel stale rośnie. W tej chwili helu w USA starczy na cztery lata światowej produkcji na obecnym poziomie. Amerykanie zaczynają się rozglądać za dalszymi źródłami. Teoretycznie helu na Ziemi powinno być jeszcze na kolejnych 200-300 lat, ale złoża skupione są tylko w kilku miejscach na świecie. Dlaczego?
Procentowe zużycie helu oraz główni producenci, w tym Odolanów (wg National Post)
Skupienie złóż helu w kilku tylko miejscach związane jest to z pochodzeniem helu ziemskiego. Około 95% tego pierwiastka jest wynikiem rozpadu promieniotwórczego uranu i toru w skorupie ziemskiej. Głównie udział w wytwarzaniu helu biorą izotopy 238U i 232Th, które rozpadają się do stabilnych izotopów ołowiu. Większość helu ulega podczas reakcji dyfuzji do atmosfery i dalej w przestrzeń kosmiczną. Tylko niewielka część zatrzymywana jest w nieprzepuszczalnych warstwach skorupy, w tym w złożach zawierających metan. Na podstawie obecnego stężenia izotopów uranu i toru w skorupie ziemskiej oraz porównując czas ich połowicznego rozpadu ze stężeniem helu w atmosferze wyliczono, że Ziemia utraciła w ciągu 4 mld lat swej historii 1014 ton helu. Czyli na Ziemi pozostała jedynie 10-7 część helu jaki wytworzył się na Ziemi od początku jej istnienia. Ponieważ reakcja rozpadu trwa także dziś, hel nadal jest wytwarzany. Szacuje się, że jest tego około 3x103 tony helu rocznie. Niewiele. Poza tym wspomniane izotopu uranu i toru rozsiane są po różnych minerałach i nie możliwości jakiejkolwiek koncentracji tych minerałów w celach komercyjnych. Dlatego też złoża gazu ziemnego z helem pozostają jedynym źródłem helu.

Po co nam hel? Oczywiście hel nie jest używany tylko do wypełniania baloników. Hel jest niezastąpiony do wytwarzania bardzo niskich temperatur, np. do chłodzenia nadprzewodników. Używają go także nurkowie, jako mieszankę do oddychania. Ponieważ hel nie był gazem wybuchowym stosowano go do wypełniania sterowców lub balonów. Procentowo wygląda to tak: chłodzenie (kriogenika) zużywa 32% helu; czyszczenie ciśnieniowe - 18%; spawanie (w osłonie helowej) - 13%; wyszukiwanie przecieków - 4%; mieszanka oddechowa - 2%; inne (w tym dziecięce baloniki) - 13%!

Teraz chyba łatwiej wysupłać z kieszeni 20 złotych na balonik helowy dla dziecka.

Źródła:
Bradshaw, A.M. & Hamacher, T., 2013. Nuclear Fusion and the helium supply problem. Fusion Engineering and Design.
Peplow, M., 2013. US bill would keep helium store afloat. Nature 497: 168-169.

Zdjęcie w nagłówku Photo Credit: elgourmet via Compfight cc

13 komentarze:

a hel to dopiero początek, gdzie tam do np. żelaza
żyję, najnieprawdopodobniejsze zrządzenie losu.

Świetnie się czyta, dużo ciekawych i rzeczowych informacji...
będę tu częściej zaglądał :)

szkoda supłać te pieniądze po przeczytaniu, że taki balonik oznacza bezpowrotną utratę helu z atmosfery, gdy ów balonik pęknie :)

Utrata helu to pikuś, mnie bardziej ciekawi czy utrata wodoru może na przestrzeni milionów lat powodować zwiększenie się poziomu tlenu w atmosferze.

Oczywiście. Np. utrata wodoru z atmosfery młodej Ziemi ponad 4 mld lat temu była jednym z głównych czynników kształtowania się składu atmosfery bogatej początkowo w związki wodoru. Z tym, że wtedy Ziemi przeżywała tzw. wielkie bombardowanie ciałami kosmicznymi i była to głównie ucieczka spowodowana wyrzucaniem wodoru w przestrzeń kosmiczną na skutek impaktu różnorakich bolidów. Wydaje mi się wręcz, że każdy impakt w dziejach Ziemi powodował zmianę składu atmosfery w stronę przewagi cięższych składników typu tlen czy azot, ale jeszcze nie widziałem opracowania naukowego na ten temat. Natomiast ucieczka wodoru z atmosfery młodej Ziemi i zmiana jej składu wiele razy była opracowywana.

jak się dobrze przyjrzeć to Polska leży gdzieś w Niemczech :)

"Teraz chyba łatwiej wysupłać z kieszeni 20 złotych na balonik helowy dla dziecka." Raczej bardzo trudno wysupłać skoro butla z helem na 50 baloników kosztuje ok 180zł + balonik ok 3zł Ponad 300% zarobku.

Hel jako cenny gaz musi kosztować. Jako, że balony z tym gazem są częścią mojej pracy pozwolę sobie wtrącić 3 grosze do dyskusji odnośnie samego tytułu :) (Na marginesie artykuł bardzo ciekawy)Balony po zoo lub na festynach to nie tylko hel ale opłaty za miejsce i jeśli ktoś prowadzi firmę także skarbówka, do tego dochodzi koszt samych balonów. Ja sprzedaję balony na festynach po 10 zł. ale jeśli ktoś zamawia np. 30 balonów z dostawą do domu to ten sam balon jestem w stanie sprzedać za 4 zł. i trochę jeszcze na tym zarobię. Taki mały przykład, że nie o sam gaz tutaj chodzi :) Pozdrawiam.

Hel, koszt balonika no i usługa, to musi kosztować. To tak jak by napisać czemu hydraulik wziął aż tyle za zwykłą naprawę kolanka? Poza wymienioną częścią musi do nas dojechać, stracić czas i dodatkowo posiada wiedzę w temacie naprawy kolanka, po zsumowaniu tego wszystkiego mamy cenę usługi. Tak samo jest z balonami. Pozdrawiam.

Wiadomo, że koszt balonika to suma materiałów, usługi, opłat, podatku, składki zdrowotnej i emerytalnej, zysku etc. Ale na tym samym stoisku balon z powietrzem jest 5 do 10 razy tańszy od balona z helem - o tym jest ten wpis.

Cena helu ciągle się waha i za kilka lat baloniki mogą kosztować sporo więcej lub będą tanie jak barszcz :) To zależy od wielu czynników :D

ja tam wolę być na innym gazie niż na helu, a na Helu też bywałem na gazie, ale nie na helu.

Prześlij komentarz

Szanowni Czytelnicy!
Zachęcam Was gorąco do komentowania wpisów na blogu i jednocześnie zachęcam równie gorąco do korzystania z tagów HTML, szczególnie przy wklejaniu linków do stron internetowych.

Oto kilka przykładów tagów HTML obsługiwanych przez bloggera:
link - a href=
wytłuszczenie - b
kursywa - i