Helium is een chemisch element met symbool He en atoomnummer 2. Het is een zeldzaam atmosferisch gas, kleurloos, smaakloos, niet-giftig, niet-ontvlambaar en slechts in geringe mate oplosbaar in water. De heliumconcentratie in de atmosfeer is 5,24 x 10-4 in volumeprocent. Het heeft de laagste kook- en smeltpunten van alle elementen en bestaat alleen als gas, behalve onder extreem koude omstandigheden.

Helium wordt voornamelijk getransporteerd als gasvormig of vloeibaar helium en wordt gebruikt in kernreactoren, halfgeleiders, lasers, gloeilampen, supergeleiding, instrumentatie, halfgeleiders en glasvezel, cryogeen, MRI en R&D-laboratoriumonderzoek.

De lage temperatuur koudebron

Helium wordt gebruikt als cryogeen koelmiddel voor cryogene koelbronnen, zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), kernmagnetische resonantie (NMR) spectroscopie, supergeleidende kwantumdeeltjesversnellers, de grote hadronenversneller, interferometers (SQUID), elektronenspinresonantie (ESR) en supergeleidende magnetische energieopslag (SMES), MHD-supergeleidende generatoren, supergeleidende sensoren, energieoverdracht, magneetzweeftransport, massaspectrometers, supergeleidende magneten, sterke magneetveldscheiders, ringvormige supergeleidende magneten voor fusiereactoren en ander cryogeen onderzoek. Helium koelt cryogene supergeleidende materialen en magneten tot bijna het absolute nulpunt, waarna de weerstand van de supergeleider plotseling tot nul daalt. De zeer lage weerstand van een supergeleider creëert een krachtiger magnetisch veld. In het geval van MRI-apparatuur die in ziekenhuizen wordt gebruikt, produceren sterkere magnetische velden meer detail in radiografische beelden.

Helium wordt gebruikt als superkoelmiddel omdat helium de laagste smelt- en kookpunten heeft, niet stolt bij atmosferische druk en 0 K, en chemisch inert is, waardoor het vrijwel onmogelijk is om met andere stoffen te reageren. Bovendien wordt helium supervloeibaar onder 2,2 Kelvin. Tot nu toe is de unieke ultramobiliteit nog niet benut in industriële toepassingen. Bij temperaturen onder 17 Kelvin is er geen vervanging voor helium als koelmiddel in de cryogene bron.

Luchtvaart en ruimtevaart

Helium wordt ook gebruikt in ballonnen en luchtschepen. Omdat helium lichter is dan lucht, worden luchtschepen en ballonnen gevuld met helium. Helium heeft het voordeel dat het niet ontvlambaar is, hoewel waterstof een hoger drijfvermogen heeft en minder snel uit het membraan ontsnapt. Een andere secundaire toepassing is in de rakettechnologie, waar helium wordt gebruikt als verliesmedium om brandstof en oxidatiemiddel in opslagtanks te verdringen en waterstof en zuurstof te condenseren om raketbrandstof te maken. Het zou ook kunnen worden gebruikt om brandstof en oxidatiemiddel uit grondondersteuningsapparatuur te verwijderen vóór de lancering, en om vloeibare waterstof in het ruimtevaartuig voor te koelen. In de Saturn V-raket, die werd gebruikt in het Apollo-programma, was ongeveer 370.000 kubieke meter (13 miljoen kubieke voet) helium nodig voor de lancering.

Lekdetectie en detectieanalyse van pijpleidingen

Een andere industriële toepassing van helium is lekdetectie. Lekdetectie wordt gebruikt om lekken op te sporen in systemen die vloeistoffen en gassen bevatten. Omdat helium drie keer sneller door vaste stoffen diffundeert dan lucht, wordt het gebruikt als tracergas om lekken op te sporen in hoogvacuümapparatuur (zoals cryogene tanks) en hogedrukvaten. Het object wordt in een kamer geplaatst, die vervolgens wordt geëvacueerd en gevuld met helium. Zelfs bij lekkages van slechts 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) kan helium dat door het lek ontsnapt, worden gedetecteerd door een gevoelig apparaat (een heliummassaspectrometer). De meetprocedure is meestal geautomatiseerd en wordt de heliumintegratietest genoemd. Een andere, eenvoudigere methode is om het betreffende object met helium te vullen en handmatig naar lekken te zoeken met een handapparaat.

Helium wordt gebruikt voor lekdetectie omdat het het kleinste molecuul is en een mono-atomair molecuul, waardoor helium gemakkelijk lekt. Heliumgas wordt tijdens lekdetectie in het object gebracht en als er een lek optreedt, kan de heliummassaspectrometer de locatie ervan detecteren. Helium kan worden gebruikt om lekken op te sporen in raketten, brandstoftanks, warmtewisselaars, gasleidingen, elektronica, tv-buizen en andere productiecomponenten. Lekdetectie met helium werd voor het eerst gebruikt tijdens het Manhattan-project om lekken in uraniumverrijkingsfabrieken op te sporen. Helium voor lekdetectie kan worden vervangen door waterstof, stikstof of een mengsel van waterstof en stikstof.

Lassen en metaalbewerking

Heliumgas wordt gebruikt als beschermgas bij booglassen en plasmalassen vanwege de hogere ionisatiepotentiële energie dan andere atomen. Heliumgas rond de las voorkomt dat het metaal in gesmolten toestand oxideert. De hoge ionisatiepotentiële energie van helium maakt plasmabooglassen mogelijk van verschillende metalen die worden gebruikt in de bouw, scheepsbouw en lucht- en ruimtevaart, zoals titanium, zirkonium, magnesium en aluminiumlegeringen. Hoewel het helium in het beschermgas kan worden vervangen door argon of waterstof, kunnen sommige materialen (zoals titaniumhelium) niet worden vervangen voor plasmabooglassen. Helium is namelijk het enige gas dat veilig is bij hoge temperaturen.

Een van de meest actieve ontwikkelingsgebieden is het lassen van roestvrij staal. Helium is een inert gas, wat betekent dat het geen chemische reacties ondergaat bij blootstelling aan andere stoffen. Deze eigenschap is met name belangrijk bij lasbeschermingsgassen.

Helium geleidt ook warmte goed. Daarom wordt het vaak gebruikt bij lassen waarbij een hogere warmte-inbreng nodig is om de bevochtigbaarheid van de las te verbeteren. Helium is ook nuttig bij snelheidsovertredingen.

Helium wordt meestal in wisselende hoeveelheden met argon gemengd in het beschermende gasmengsel om de goede eigenschappen van beide gassen optimaal te benutten. Helium fungeert bijvoorbeeld als beschermend gas en zorgt voor bredere en ondiepere penetratie tijdens het lassen. Maar helium zorgt niet voor de reinigende werking van argon.

Daarom overwegen metaalfabrikanten vaak om argon met helium te mengen als onderdeel van hun werkproces. Bij gasbeschermd booglassen kan helium 25% tot 75% van het gasmengsel in het helium/argonmengsel uitmaken. Door de samenstelling van het beschermgasmengsel aan te passen, kan de lasser de warmteverdeling van de las beïnvloeden, wat op zijn beurt de vorm van de doorsnede van het lasmetaal en de lassnelheid beïnvloedt.

Elektronische halfgeleiderindustrie

Als inert gas is helium zo stabiel dat het nauwelijks met andere elementen reageert. Deze eigenschap maakt het geschikt als schild bij booglassen (om verontreiniging met zuurstof in de lucht te voorkomen). Helium heeft ook andere belangrijke toepassingen, zoals in halfgeleiders en de productie van optische vezels. Bovendien kan het stikstof vervangen bij diepzeeduiken om de vorming van stikstofbellen in de bloedbaan te voorkomen, wat duikziekte voorkomt.

Wereldwijd heliumverkoopvolume (2016-2027)

De wereldwijde heliummarkt bereikte in 2020 een omzet van $ 1.825,37 miljoen en zal naar verwachting in 2027 een omzet van $ 2.742,04 miljoen bereiken, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 5,65% (2021-2027). De sector kent de komende jaren grote onzekerheid. De prognosegegevens voor 2021-2027 in dit artikel zijn gebaseerd op de historische ontwikkeling van de afgelopen jaren, de meningen van experts in de sector en de meningen van analisten in dit artikel.

De heliumindustrie is sterk geconcentreerd, wordt gewonnen uit natuurlijke grondstoffen en kent een beperkt aantal wereldwijde producenten, voornamelijk in de Verenigde Staten, Rusland, Qatar en Algerije. Wereldwijd is de consumentensector geconcentreerd in de Verenigde Staten, China, Europa, enzovoort. De Verenigde Staten hebben een lange geschiedenis en een onwrikbare positie in de industrie.

Veel bedrijven hebben meerdere fabrieken, maar die bevinden zich meestal niet in de buurt van hun beoogde consumentenmarkten. Daardoor zijn de transportkosten voor het product hoog.

Sinds de eerste vijf jaar is de productie zeer langzaam gegroeid. Helium is een niet-hernieuwbare energiebron en in de producerende landen is er beleid om het gebruik ervan te waarborgen. Sommigen voorspellen dat helium in de toekomst op zal raken.

De industrie heeft een groot aandeel in import en export. Bijna alle landen gebruiken helium, maar slechts enkele hebben heliumreserves.

Helium kent een breed scala aan toepassingen en zal in steeds meer sectoren beschikbaar zijn. Gezien de schaarste aan natuurlijke hulpbronnen zal de vraag naar helium in de toekomst waarschijnlijk toenemen, waardoor er geschikte alternatieven nodig zijn. De heliumprijzen zullen naar verwachting tussen 2021 en 2026 blijven stijgen, van $ 13,53 per m³ (2020) naar $ 19,09 per m³ (2027).

De industrie wordt beïnvloed door economie en beleid. Naarmate de wereldeconomie herstelt, maken steeds meer mensen zich zorgen over het verbeteren van milieunormen, vooral in onderontwikkelde regio's met een grote bevolking en snelle economische groei. De vraag naar helium zal toenemen.

Grote wereldwijde fabrikanten zijn momenteel onder meer Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) en Gazprom (Ru). In 2020 zal het marktaandeel van de top 6 fabrikanten meer dan 74% bedragen. Verwacht wordt dat de concurrentie in de sector de komende jaren heviger zal worden.

HL Cryogene Apparatuur

Omdat vloeibare helium schaarser is en de prijs stijgt, is het belangrijk om het verlies en de terugwinning van vloeibare helium tijdens het gebruik en transport te beperken.

HL Cryogenic Equipment, opgericht in 1992, is een merk van HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd). HL Cryogenic Equipment richt zich op het ontwerp en de productie van hoogvacuümgeïsoleerde cryogene leidingsystemen en bijbehorende ondersteunende apparatuur om te voldoen aan de diverse behoeften van klanten. De vacuümgeïsoleerde leidingen en flexibele slangen zijn vervaardigd uit hoogvacuüm en meerlaags, gezeefd met speciale isolatiematerialen. Ze ondergaan een reeks uiterst strenge technische behandelingen en een hoogvacuümbehandeling. Deze behandelingen worden gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, vloeibaar ethyleengas (LEG) en vloeibaar aardgas (LNG).

De productseries vacuümomhulde buizen, vacuümomhulde slangen, vacuümomhulde kleppen en fasescheiders van HL Cryogenic Equipment Company, die een reeks uiterst strenge technische behandelingen hebben ondergaan, worden gebruikt voor het overbrengen van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, LEG en LNG. Deze producten worden gebruikt voor cryogene apparatuur (bijv. cryogene tanks, dewarvaten en coldboxen etc.) in de sectoren luchtscheiding, gassen, luchtvaart, elektronica, supergeleiders, chips, automatisering, assemblage, levensmiddelen en dranken, farmacie, ziekenhuizen, biobanken, rubber, productie van nieuwe materialen, chemische technologie, ijzer en staal en wetenschappelijk onderzoek etc.

HL Cryogenic Equipment Company is een gekwalificeerde leverancier/verkoper geworden van Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani en Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) etc.