हीलियम का विकल्प खोजना मुश्किल है

 (construction-physics.com)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 20 일 전 | अभी कोई टिप्पणी नहीं है. | WhatsApp पर शेयर करें
  • हीलियम केवल प्राकृतिक गैस उत्पादन का उप-उत्पाद होने के कारण भूराजनैतिक टकरावों और सप्लाई चेन व्यवधानों के प्रति बहुत संवेदनशील है
  • MRI·सेमीकंडक्टर·ऑप्टिकल फाइबर·एयरोस्पेस·वैज्ञानिक अनुसंधान जैसे क्षेत्रों में अत्यल्प तापमान कूलिंग और निष्क्रिय गुणों के कारण यह एक अनिवार्य संसाधन है
  • EUV lithography·सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट कूलिंग जैसे उपयोगों में इसके भौतिक गुणों के कारण कोई वैकल्पिक गैस मौजूद नहीं है
  • कुछ क्षेत्रों में रीसाइक्लिंग सिस्टम से उपयोग घटाया जा रहा है, लेकिन पूर्ण प्रतिस्थापन असंभव है
  • हीलियम की सप्लाई प्राकृतिक गैस उत्पादन से सीधे जुड़ी है, इसलिए पर्यावरणीय नियमों और इन्फ्रास्ट्रक्चर विस्तार में देरी से दीर्घकालिक सप्लाई अस्थिरता पैदा होती है

हीलियम सप्लाई चेन और अपरिवर्तनीयता

  • ईरान युद्ध और Hormuz जलडमरूमध्य की नाकेबंदी के कारण केवल तेल ही नहीं, हीलियम सप्लाई चेन पर भी गंभीर असर पड़ा
    • हीलियम प्राकृतिक गैस उत्पादन का उप-उत्पाद है, और क़तर वैश्विक सप्लाई का लगभग 1/3 हिस्सा देता है
    • जलडमरूमध्य बंद होने से हीलियम की कीमतें तेज़ी से बढ़ीं, और सप्लायर्स ने force majeure घोषित किया
    • अमेरिकी सरकार द्वारा बनाए रखा गया रणनीतिक हीलियम भंडार 2024 में पूरी तरह बेच दिया गया

हीलियम के गुण और उत्पादन संरचना

  • हीलियम हाइड्रोजन के बाद सबसे हल्का तत्व है और ब्रह्मांड में दूसरा सबसे प्रचुर तत्व है
    • पृथ्वी के वायुमंडल में यह हल्का होने के कारण अंतरिक्ष में निकल जाता है, इसलिए इसका वाणिज्यिक निष्कर्षण केवल भूमिगत प्राकृतिक गैस भंडारों से ही संभव है
    • यह यूरेनियम·थोरियम के रेडियोधर्मी क्षय से बनता है और लाखों वर्षों में गैस परतों में जमा होता है
  • अमेरिका और क़तर वैश्विक उत्पादन का लगभग 2/3 हिस्सा संभालते हैं, जबकि बाकी रूस·अल्जीरिया·कनाडा·चीन·पोलैंड आदि उत्पादन करते हैं
    • हीलियम का क्वथनांक 4.2K(-452°F) है, जो सभी तत्वों में सबसे कम है
    • यह परम शून्य के पास भी द्रव अवस्था में बना रह सकता है, इसलिए अत्यल्प तापमान कूलिंग के लिए अनिवार्य है
    • निष्क्रियता·उच्च ताप चालकता·हल्कापन जैसे गुणों के कारण इसका उपयोग कई उद्योगों में होता है

हीलियम के प्रमुख औद्योगिक उपयोग

  • दुनिया भर में वार्षिक उपयोग लगभग 18 करोड़ ㎥ है, जो नाइट्रोजन या प्राकृतिक गैस की तुलना में कम है, लेकिन यह अपरिवर्तनीय कोर संसाधन है

  • MRI उपकरण

    • अमेरिका में हीलियम खपत का लगभग 17% हिस्सा
    • इसका उपयोग सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट कूलिंग में होता है, और NbTi मैग्नेट केवल परम शून्य से 9.2 डिग्री ऊपर तापमान तक ही सुपरकंडक्टिंग अवस्था बनाए रखते हैं
    • पहले प्रति घंटे 0.4 लीटर का नुकसान होता था, लेकिन अब ‘zero boil-off’ डिज़ाइन के कारण दोबारा भरने की ज़रूरत लगभग नहीं रहती
    • कुछ high-temperature superconductor MRI मौजूद हैं, लेकिन अधिकांश 50,000 MRI अब भी हीलियम पर निर्भर हैं

  • सेमीकंडक्टर उद्योग

    • वैश्विक हीलियम का लगभग 25%, और अमेरिका में लगभग 10% उपयोग
    • Czochralski प्रक्रिया से सिलिकॉन वृद्धि, EUV lithography, vacuum chamber सफाई, leak detection आदि में उपयोग
    • EUV उपकरणों में हीलियम EUV radiation को लगभग अवशोषित नहीं करता, इसलिए इसका विकल्प संभव नहीं
    • उद्योग रिपोर्टों के अनुसार 2035 तक हीलियम उपयोग 5 गुना बढ़ने की संभावना है

  • ऑप्टिकल फाइबर निर्माण

    • वैश्विक हीलियम का 5~6% उपयोग
    • ग्लास कोर और क्लैडिंग को जोड़ते समय बुलबुले बनने से रोकने वाली cooling gas के रूप में उपयोग
    • इसका कोई अन्य व्यवहार्य गैस विकल्प नहीं है

  • purge गैस

    • एयरोस्पेस उद्योग में liquid hydrogen·liquid oxygen टैंकों की सफाई के लिए उपयोग
    • NASA अमेरिका में हीलियम का सबसे बड़ा उपयोगकर्ता है, जो कुल खपत का लगभग 7% इस्तेमाल करता है
    • कम क्वथनांक और निष्क्रिय गुणों के कारण इसे अन्य गैसों से बदलना कठिन है

  • buoyancy गैस

    • airship·balloon** में उपयोग, अमेरिका में खपत का लगभग**18%

      • हाइड्रोजन की तुलना में अधिक सुरक्षित, लेकिन सप्लाई की कमी होने पर कीमतों में अस्थिरता अधिक

  • वैज्ञानिक अनुसंधान और मापन

    • अमेरिका में खपत का लगभग 22%
    • सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट·SQUID·mass spectrometer जैसे अत्यल्प तापमान या उच्च-सटीकता उपकरणों के लिए अनिवार्य
    • CERN का LHC जैसे बड़े अनुसंधान केंद्रों में भी बड़े पैमाने पर उपयोग

  • वेल्डिंग

    • अमेरिका में लगभग 8% उपयोग
    • निष्क्रियता·उच्च ताप चालकता के कारण पिघली धातु की सुरक्षा के लिए shielding gas के रूप में उपयुक्त
    • विदेशों में कई मामलों में argon से प्रतिस्थापन किया जाता है

  • डाइविंग

    • अमेरिका में लगभग 5% उपयोग
    • गहरे समुद्र में डाइविंग के लिए श्वास मिश्रित गैस (Trimix) में शामिल, जिससे nitrogen narcosis रोकी जाती है
    • हीलियम के अलावा केवल neon आंशिक विकल्प है, लेकिन श्वसन प्रतिरोध अधिक होने से इसकी व्यावहारिकता कम है

हीलियम बचत और रीसाइक्लिंग के प्रयास

  • कुछ क्षेत्रों में वैकल्पिक गैसों या रीसाइक्लिंग सिस्टम से खपत कम की जा रही है
    • MRI उपकरणों में हीलियम नुकसान में कमी, और NASA द्वारा रीसाइक्लिंग सिस्टम अपनाने से एयरोस्पेस क्षेत्र में उपयोग 2010 में 1,820 लाख ㎥(26%) → 400 लाख ㎥(7%) तक घटा
    • फिर भी अमेरिका में अधिकांश हीलियम अब भी रिकवर नहीं किया जाता, जबकि रीसाइक्लिंग से 90% से अधिक कमी की संभावना है
  • पूर्ण प्रतिस्थापन संभव नहीं है, और इसे ऐसा संसाधन माना जाता है जिसमें ‘कमी’ संभव है लेकिन ‘समाप्ति’ कठिन है

सप्लाई बाधाएँ और नीतिगत संकेत

  • हीलियम की सप्लाई प्राकृतिक गैस उत्पादन से सीधे जुड़ी है
    • नया हीलियम हासिल करने का सबसे सीधा तरीका प्राकृतिक गैस उत्पादन बढ़ाना है
    • अमेरिका में Alaska·Gulf of Mexico·Marcellus shale जैसे अविकसित गैस भंडार मौजूद हैं
    • लेकिन पर्यावरणीय नियमों और अनुमति में देरी के कारण नए प्रोजेक्ट की मंज़ूरी में अक्सर 10 साल से अधिक लग जाते हैं
  • हीलियम और प्राकृतिक गैस सप्लाई पर बाधाएँ कीमत अस्थिरता और सुरक्षा जोखिम पैदा करती हैं
    • इसलिए नीतिगत हस्तक्षेप और इन्फ्रास्ट्रक्चर विस्तार सप्लाई स्थिरता के लिए प्रमुख चुनौती हैं

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