Helium is een chemisch element met het symbool He en atoomnummer 2. Het is een zeldzaam gas in de atmosfeer, kleurloos, smaakloos, niet-giftig, niet-ontvlambaar en slechts licht oplosbaar in water. De heliumconcentratie in de atmosfeer bedraagt ​​5,24 x 10⁻⁴ volumeprocent. Het heeft de laagste kook- en smeltpunten van alle elementen en bestaat, behalve onder extreem lage temperaturen, uitsluitend als gas.

Helium wordt voornamelijk vervoerd als gasvormig of vloeibaar helium en wordt gebruikt in kernreactoren, halfgeleiders, lasers, gloeilampen, supergeleiding, instrumentatie, halfgeleiders en glasvezeloptica, cryogene toepassingen, MRI en R&D-onderzoek in laboratoria.

De koude bron met lage temperatuur

Helium wordt gebruikt als cryogeen koelmiddel voor cryogene koelsystemen, zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), nucleaire magnetische resonantiespectroscopie (NMR), supergeleidende kwantumdeeltjesversnellers, de Large Hadron Collider, interferometers (SQUID), elektronenspinresonantie (ESR) en supergeleidende magnetische energieopslag (SMES), MHD-supergeleidende generatoren, supergeleidende sensoren, energieoverdracht, magneetzweeftreinen, massaspectrometers, supergeleidende magneten, sterke magnetische veldscheiders, ringvormige supergeleidende magneten voor fusiereactoren en ander cryogeen onderzoek. Helium koelt cryogene supergeleidende materialen en magneten af ​​tot bijna het absolute nulpunt, waardoor de weerstand van de supergeleider plotseling tot nul daalt. De zeer lage weerstand van een supergeleider creëert een sterker magnetisch veld. In het geval van MRI-apparatuur die in ziekenhuizen wordt gebruikt, zorgen sterkere magnetische velden voor meer detail in röntgenfoto's.

Helium wordt gebruikt als superkoelmiddel omdat het 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 superfluïde onder 2,2 Kelvin. Tot nu toe is deze unieke ultra-mobiliteit nog niet benut in industriële toepassingen. Bij temperaturen onder 17 Kelvin is er geen alternatief voor helium als koelmiddel in cryogene bronnen.

Luchtvaart en ruimtevaart

Helium wordt ook gebruikt in ballonnen en luchtschepen. Omdat helium lichter is dan lucht, worden luchtschepen en ballonnen met helium gevuld. Helium heeft als voordeel dat het niet brandbaar is, hoewel waterstof een groter drijfvermogen heeft en minder snel uit het membraan ontsnapt. Een ander secundair gebruik is in de rakettechnologie, waar helium wordt gebruikt als verliesmedium om brandstof en oxidator in opslagtanks te verdringen en waterstof en zuurstof te condenseren tot raketbrandstof. Het kan ook worden gebruikt om brandstof en oxidator uit grondapparatuur te verwijderen vóór de lancering, en om vloeibare waterstof in het ruimtevaartuig voor te koelen. Voor de lancering van de Saturn V-raket in het Apollo-programma was ongeveer 370.000 kubieke meter helium nodig.

Lekdetectie en -analyse in 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 driemaal 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 lekdebieten van slechts 10⁻⁹ mbar•L/s (10⁻¹⁰ Pa•m³/s) kan ontsnappend helium via het lek 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 behulp van een draagbaar apparaat.

Helium wordt gebruikt voor lekdetectie omdat het het kleinste molecuul is en een monoatomisch molecuul, waardoor helium gemakkelijk lekt. Tijdens de lekdetectie wordt heliumgas in het object gebracht en als er een lek optreedt, kan de heliummassaspectrometer de locatie van het lek detecteren. Helium kan worden gebruikt om lekken te detecteren in raketten, brandstoftanks, warmtewisselaars, gasleidingen, elektronica, televisieschermen en andere productieonderdelen. Lekdetectie met helium werd voor het eerst gebruikt tijdens het Manhattanproject om lekken in uraniumverrijkingsinstallaties op te sporen. Lekdetectiehelium 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 ionisatiepotentiaalenergie in vergelijking met andere atomen. Het heliumgas rond de las voorkomt dat het metaal in gesmolten toestand oxideert. De hoge ionisatiepotentiaalenergie van helium maakt plasmalassen mogelijk van ongelijksoortige 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 titanium-helium) niet worden vervangen bij plasmalassen. Dit komt doordat helium het enige gas is 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 wanneer het in contact komt met andere stoffen. Deze eigenschap is met name belangrijk voor beschermgassen bij het lassen.

Helium geleidt warmte ook 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 voor het versnellen van het lasproces.

Helium wordt meestal in wisselende verhoudingen met argon gemengd in het beschermgasmengsel om optimaal te profiteren van de goede eigenschappen van beide gassen. Helium fungeert bijvoorbeeld als beschermgas om bredere en ondiepere indringingszones tijdens het lassen te bevorderen. Helium biedt echter niet de reinigende werking van argon.

Als gevolg hiervan overwegen metaalproducenten 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 dwarsdoorsnede van het lasmetaal en de lassnelheid beïnvloedt.

Elektronische halfgeleiderindustrie

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

Wereldwijd verkoopvolume van helium (2016-2027)

De wereldwijde heliummarkt bereikte in 2020 een waarde van 1825,37 miljoen dollar en zal naar verwachting in 2027 2742,04 miljoen dollar bereiken, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 5,65% (2021-2027). De sector kent grote onzekerheid voor de komende jaren. De prognoses voor 2021-2027 in dit document zijn gebaseerd op de historische ontwikkelingen van de afgelopen jaren, de meningen van experts uit de sector en de meningen van analisten.

De heliumindustrie is sterk geconcentreerd, maakt gebruik van natuurlijke grondstoffen en kent een beperkt aantal wereldwijde producenten, voornamelijk in de Verenigde Staten, Rusland, Qatar en Algerije. De consumentenmarkt is wereldwijd geconcentreerd in de Verenigde Staten, China en Europa, enzovoort. De Verenigde Staten hebben een lange geschiedenis en een onwrikbare positie in de industrie.

Veel bedrijven hebben meerdere fabrieken, maar die liggen meestal niet dicht bij hun beoogde afzetmarkten. Daardoor zijn de transportkosten voor het product hoog.

De productie is de eerste vijf jaar zeer langzaam gegroeid. Helium is een niet-hernieuwbare energiebron en in de producerende landen zijn beleidsmaatregelen van kracht om het gebruik ervan te waarborgen. Sommigen voorspellen dat de heliumvoorraden in de toekomst op zullen raken.

De industrie kent een hoog aandeel import en export. Bijna alle landen gebruiken helium, maar slechts enkele landen beschikken over heliumreserves.

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

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

Momenteel behoren Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) en Gazprom (Ru) tot de belangrijkste wereldwijde fabrikanten. In 2020 zal het marktaandeel van de top 6 fabrikanten meer dan 74% bedragen. Naar verwachting zal de concurrentie in de sector de komende jaren verder toenemen.

HL Cryogene Apparatuur

Vanwege de schaarste aan vloeibare helium en de stijgende prijs is het belangrijk om het verlies en de terugwinning van vloeibare helium tijdens het gebruik en transport te minimaliseren.

HL Cryogenic Equipment, opgericht in 1992, is een merk dat gelieerd is aan HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment is toegewijd aan het ontwerpen en produceren van vacuümgeïsoleerde cryogene leidingsystemen en bijbehorende ondersteunende apparatuur om aan de uiteenlopende behoeften van klanten te voldoen. De vacuümgeïsoleerde leidingen en flexibele slangen worden vervaardigd in een vacuümomgeving met meerlaagse, speciale isolatiematerialen en ondergaan een reeks uiterst strenge technische behandelingen en vacuümbehandelingen. Ze worden gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, vloeibaar ethyleengas (LEG) en vloeibaar aardgas (LNG).

De productserie vacuümgeïsoleerde buizen, vacuümgeïsoleerde slangen, vacuümgeïsoleerde kleppen en fasescheiders van HL Cryogenic Equipment Company, die een reeks uiterst strenge technische behandelingen heeft ondergaan, wordt gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, LEG en LNG. Deze producten worden toegepast in cryogene apparatuur (bijv. cryogene tanks, dewars en coldboxen, enz.) in industrieën zoals luchtseparatie, gassen, luchtvaart, elektronica, supergeleiders, chips, automatiseringsassemblage, voedingsmiddelen en dranken, farmacie, ziekenhuizen, biobanken, rubber, productie van nieuwe materialen, chemische technologie, ijzer en staal en wetenschappelijk onderzoek, enz.

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