Isi
- Apa itu Helium?
- Dari mana datangnya Helium?
- Mengapa Helium ada di dalam Gas Bumi?
- Di mana Gas Bumi Kaya akan Helium?
- Penggunaan Helium
- Pencitraan Resonansi Magnetik
- Mengangkat Gas
- Membersihkan Gas
- Manufaktur Suasana Terkendali
- Deteksi kebocoran
- Campuran Pernafasan
- Gas Pengelasan
- Helium: Sumberdaya Tidak Terbarukan
- Helium Gluts dan Kekurangan Helium
Balon Helium: Kebanyakan orang telah mendengar tentang helium yang digunakan sebagai gas pengangkat untuk balon cuaca, balon udara, dan balon pesta. Ini adalah penggunaan helium yang sangat kecil. Penggunaan yang mengkonsumsi lebih banyak helium daripada yang lain adalah mendinginkan magnet di mesin MRI (magnetic resonance imaging) di fasilitas medis. Foto balon Goodyear oleh Derek Jensen.
Apa itu Helium?
Helium adalah unsur kimia dan gas inert yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa. Ia memiliki jari-jari atom terkecil dari setiap unsur dan berat atom terendah kedua. Lebih ringan dari udara.
Kebanyakan orang tahu bahwa helium digunakan sebagai gas pengangkat di balon udara dan balon pesta, tetapi mereka tidak dapat menyebutkan cara lain penggunaannya. Penggunaan helium nomor satu adalah sebagai gas pendingin untuk mesin magnetic resonance imaging (MRI) yang digunakan di fasilitas medis. Kegunaan penting lain dari helium termasuk: gas pelindung untuk pengelasan, gas lembam untuk pembuatan atmosfer terkendali, gas buron yang digunakan untuk deteksi kebocoran, dan gas dengan viskositas rendah untuk campuran pernapasan yang bertekanan.
Dari mana datangnya Helium?
Sangat sedikit helium hadir di atmosfer Bumi. Ini adalah elemen ringan yang tidak bisa ditahan oleh gravitasi Bumi. Ketika hadir di permukaan Bumi, helium tidak terbatas segera mulai naik sampai lolos dari planet ini. Itulah mengapa balon pesta naik!
Helium yang diproduksi secara komersial diperoleh dari tanah. Beberapa ladang gas alam memiliki cukup banyak helium yang dicampur dengan gas sehingga dapat diekstraksi dengan biaya ekonomis. Beberapa bidang di Amerika Serikat mengandung lebih dari 7% helium berdasarkan volume. Perusahaan yang mengebor gas alam di daerah-daerah ini menghasilkan gas alam, memprosesnya dan mengeluarkan helium sebagai produk sampingan.
Deposit gas alam yang mengandung Helium: Model deposit untuk ladang gas alam yang mengandung helium di Amerika Serikat. Helium diproduksi oleh peluruhan uranium dan thorium pada batuan dasar granitoid. Helium yang dibebaskan bersifat apung dan bergerak ke permukaan dalam porositas yang terkait dengan patahan basement. Helium kemudian bergerak ke atas melalui penutup sedimen berpori sampai terperangkap dengan gas alam di bawah lapisan anhidrit atau garam. Ini adalah satu-satunya jenis batuan persisten lateral yang mampu menjebak dan mengandung atom helium yang ringan dan apung. Situasi geologis ini hanya terjadi di beberapa lokasi di dunia dan itulah sebabnya akumulasi helium yang kaya jarang terjadi.
Terkait: Penggunaan Baru Helium - Hard Drive
Mengapa Helium ada di dalam Gas Bumi?
Sebagian besar helium yang dihilangkan dari gas alam diperkirakan terbentuk dari peluruhan radioaktif uranium dan thorium pada batuan granitoid kerak benua Bumi. Sebagai gas yang sangat ringan, ia ringan dan berusaha untuk bergerak ke atas segera setelah terbentuk. Akumulasi helium terkaya ditemukan di mana ada tiga kondisi: 1) batuan dasar granitoid kaya akan uranium dan thorium; 2) batuan dasar yang retak dan cacat untuk menyediakan jalan keluar untuk helium; dan, 3) batuan sedimen berpori di atas patahan bawah tanah ditutup oleh segel halit atau anhidrit yang kedap air. Ketika ketiga kondisi ini terpenuhi, helium mungkin menumpuk di lapisan batuan sedimen berpori.
Helium memiliki jari-jari atom terkecil dari setiap elemen, sekitar 0,2 nanometer. Jadi, ketika terbentuk dan mulai bergerak ke atas, ia dapat masuk melalui ruang pori yang sangat kecil di dalam bebatuan. Halit dan anhidrit adalah satu-satunya batuan sedimen yang dapat menghalangi migrasi atom helium ke atas. Serpihan yang memiliki ruang pori-pori yang terhubung dengan bahan organik yang berlimpah (kerogen) kadang-kadang berfungsi sebagai penghalang yang kurang efektif.
Deposit gas alam yang mengandung Helium: Peta yang menunjukkan ladang gas alam yang berfungsi sebagai sumber penting helium di Amerika Serikat. Gas alam yang dihasilkan dari ladang ini mengandung antara 0,3% hingga lebih dari 7% helium. Helium dikeluarkan dari gas untuk penjualan komersial. Gambar dengan menggunakan data lokasi dari United States Geological Survey.
Di mana Gas Bumi Kaya akan Helium?
Sebagian besar gas alam yang tidak diproses mengandung setidaknya sejumlah kecil helium. Sangat sedikit ladang gas alam yang mengandung cukup banyak untuk membenarkan proses pemulihan helium. Sumber gas alam harus mengandung setidaknya 0,3% helium untuk dipertimbangkan sebagai sumber helium potensial.
Pada tahun 2010, semua gas alam yang diproses untuk helium di Amerika Serikat berasal dari ladang di Colorado, Kansas, Oklahoma, Texas, Utah, dan Wyoming seperti yang ditunjukkan pada peta terlampir. Lapangan Hugoton di Oklahoma, Kansas, dan Texas; Lapangan Panoma di Kansas; Lapangan Keyes di Oklahoma; Panhandle West dan Cliffside Fields di Texas, dan Riley Ridge Field di Wyoming bertanggung jawab atas sebagian besar produksi helium di Amerika Serikat.
Selama 2010, Amerika Serikat memproduksi helium 128 juta meter kubik. Dari jumlah itu, 53 juta meter kubik helium diekstraksi dari gas alam, dan 75 juta meter kubik ditarik dari National Helium Reserve. Negara-negara lain dengan jumlah produksi yang diketahui adalah: Aljazair (18 mcm), Qatar (13 mcm), Rusia (6 mcm), dan Polandia (3 mcm). Kanada dan Cina memproduksi helium dalam jumlah kecil tetapi tidak dilaporkan.
Helium dalam mesin MRI: Penggunaan helium nomor satu adalah mendinginkan magnet di mesin MRI (magnetic resonance imaging) yang digunakan untuk mendiagnosis penyakit dan cedera di fasilitas medis.
Penggunaan Baru untuk Helium: Hard drive bersegel helium pertama diproduksi pada 2013. Helium memungkinkan drive menggunakan lebih sedikit energi, menghasilkan lebih sedikit panas, membuat lebih sedikit noise, mengambil lebih sedikit ruang, menampung lebih banyak data, dan menghasilkan lebih sedikit getaran daripada hard drive standar. Belajarlah lagi.
Penggunaan Helium
Helium memiliki sejumlah properti yang membuatnya sangat cocok untuk penggunaan tertentu. Dalam beberapa penggunaan ini, helium adalah gas terbaik untuk digunakan, dan dalam beberapa tidak ada pengganti yang memadai untuk helium. Beberapa penggunaan helium bersama dengan sifat-sifat yang membuatnya cocok untuk penggunaan dijelaskan di bawah ini.
Pencitraan Resonansi Magnetik
Penggunaan helium nomor satu ada di mesin pencitraan resonansi magnetik yang digunakan di fasilitas medis untuk menilai cedera dan mendiagnosis penyakit. Mesin-mesin ini memanfaatkan medan magnet yang dihasilkan oleh magnet superkonduktor. Magnet ini menghasilkan panas yang sangat besar. Helium cair adalah zat pendingin pilihan untuk mengatur suhu magnet ini. Karena helium memiliki panas spesifik terendah kedua dari gas apa pun dan titik didih / titik leleh terendah dari elemen apa pun, tidak ada pengganti pengganti helium dalam penggunaan yang sangat penting ini.
Mengangkat Gas
Helium memiliki berat atom terendah kedua dari unsur apa pun. Hanya hidrogen yang memiliki berat atom lebih rendah. Sebagai gas yang lebih ringan dari udara, helium telah digunakan sebagai "gas pengangkat" untuk kapal udara dan balon. Balon udara, balon udara, zeppelin, balon anti-pesawat terbang, balon cuaca, dan pesawat ringan dari udara lainnya semuanya menggunakan helium sebagai gas pengangkat. Ini jauh lebih aman daripada hidrogen karena tidak mudah terbakar. Ini adalah kategori penggunaan helium yang paling penting sampai akhir Perang Dunia II. Jumlah helium yang jauh lebih rendah sekarang digunakan sebagai gas pengangkat.
Membersihkan gas: Helium digunakan oleh NASA dan Departemen Pertahanan untuk membersihkan oksigen cair dan hidrogen cair dari tangki bahan bakar dan sistem pengiriman bahan bakar mesin roket. Helium inert dan memiliki suhu beku yang sangat rendah sehingga tetap menjadi gas melalui proses pembersihan. Aliran helium ke dalam sistem ini bahkan telah digunakan selama keadaan darurat untuk memadamkan api. Gambar oleh NASA.
Campuran pernapasan Helium: Helium digunakan untuk menyiapkan campuran gas pernapasan untuk menyelam di laut dalam. Helium lembam dan memiliki viskositas rendah di bawah tekanan yang memungkinkan pernapasan lebih mudah. Gambar oleh NOAA.
Membersihkan Gas
Helium memiliki titik leleh dan titik didih terendah dari gas apa pun. Ini meleleh dan mendidih pada suhu mendekati nol mutlak. Karena tetap merupakan gas pada suhu yang sangat rendah, dapat digunakan sebagai gas pembuang untuk tangki bahan bakar dan sistem pengiriman bahan bakar yang diisi dengan cairan yang sangat dingin seperti hidrogen cair dan oksigen cair. Karena lembam dan memiliki suhu beku yang rendah, ia dapat menggantikan bahan bakar ini dengan aman tanpa pembekuan. Sejumlah besar helium digunakan oleh NASA dan Departemen Pertahanan untuk membersihkan sistem propulsi roket.
Manufaktur Suasana Terkendali
Helium adalah gas inert. Satu-satunya gas dengan reaktivitas yang lebih rendah adalah neon. Reaktivitas rendah ini menjadikan helium gas yang berharga untuk digunakan dalam proses pembuatan dan perbaikan saat atmosfer lembam diperlukan. Helium juga memiliki kerapatan terendah kedua dari setiap gas bersama dengan konduktivitas termal yang sangat tinggi. Sifat-sifat gas helium ini menjadikannya atmosfer pilihan bagi banyak proses metalurgi, menumbuhkan kristal sempurna dalam uap kimia, membuat serat optik, dan penggunaan lainnya.
Deteksi kebocoran
Helium memiliki viskositas yang sangat rendah, koefisien difusi yang tinggi, dan atom terkecil dari setiap elemen. Karakteristik ini membuat helium sangat sulit untuk dikandung. Jika suatu sistem memiliki kebocoran, helium akan lolos. Oleh karena itu gas Helium digunakan untuk menguji sistem vakum tinggi, sistem bahan bakar, dan kontainmen lainnya untuk kebocoran.
Campuran Pernafasan
Helium dan gas inert lainnya digunakan untuk menyiapkan campuran pernapasan untuk menyelam dalam air dan perawatan medis. Helium digunakan di sini karena lembam, memiliki viskositas yang sangat rendah dan lebih mudah untuk bernapas di bawah tekanan daripada gas lainnya.
Gas Pengelasan
Helium digunakan sebagai suasana pelindung saat pengelasan. Atmosfer gas inert melindungi logam panas dari oksidasi dan reaksi lain yang mungkin terjadi dengan cepat pada suhu tinggi.
Penggunaan helium: Jumlah relatif helium yang dikonsumsi oleh berbagai penggunaan di Amerika Serikat selama 2011. Grafik dengan menggunakan data dari USGS.
Helium: Sumberdaya Tidak Terbarukan
Helium adalah gas yang hanya ditemukan di mana kebetulan situasi yang tidak mungkin terjadi. Meskipun terus diproduksi oleh peluruhan mineral radioaktif di kerak bumi, laju produksi dan akumulasinya sangat lambat sehingga harus dianggap sebagai sumber daya yang tidak terbarukan.
Helium Gluts dan Kekurangan Helium
Pada tahun 1925 Amerika Serikat mendirikan Cadangan Helium Nasional untuk berfungsi sebagai pasokan strategis helium untuk digunakan di kapal udara dan untuk tujuan pertahanan lainnya. Pada saat itu negara memproduksi helium jauh lebih banyak daripada yang dikonsumsi. Setelah Perang Dunia II, jumlah helium yang digunakan sebagai gas pengangkat menurun, tetapi permintaan helium sebagai gas pembuang ketika mengisi bahan bakar mesin roket dan sebagai pendingin dalam fasilitas senjata nuklir melonjak. Namun, lebih banyak helium diproduksi daripada dikonsumsi.
Pada tahun 1995, Kongres memutuskan bahwa Cadangan Helium Nasional tidak penting dan memprakarsai program untuk menjual helium sebagai bagian dari Undang-Undang Privatisasi Helium tahun 1996. Selama hampir dua dekade Kongres mengizinkan helium untuk dijual dengan diskon besar-besaran ke pasar bebas harga. Hingga 1/2 dari permintaan helium dunia dipenuhi melalui penjualan dari National Helium Reserve. Dalam beberapa tahun, lebih banyak helium diekspor dari Amerika Serikat ke negara lain daripada dikonsumsi di dalam negeri. Mereka yang membeli helium dari pemerintah mendapat kesepakatan fantastis, dan mereka yang membeli helium di pasar bebas membayar harga yang jauh lebih tinggi.
Membuang stok Cadangan Helium Nasional ke dalam pasar menekan harga helium sedemikian rupa sehingga digunakan sebagai pengganti argon yang murah dan gas-gas lain yang memiliki pasokan yang jauh lebih terbatas.
Karena produksi helium komersial tidak dihargai atau digunakan secara besar-besaran, pasar tidak didukung ketika penjualan Cadangan Helium Nasional digantikan oleh sistem lelang pada tahun 2014. Dalam lelang pertama, dua penawar membeli seluruh alokasi tahunan sebesar 93 juta kaki kubik helium di lebih dari dua kali lipat harga pasar tahun sebelumnya. Setelah pelelangan, 1 miliar kaki kubik lainnya dijual kepada dua penawar yang sama.
Sejak lelang pertama, harga helium terus naik karena produksi helium baru kurang konsumsi. Kenaikan harga telah memicu investasi di pabrik pengolahan helium baru. Namun, helium hanya dapat diproduksi dari ladang gas alam dengan garam atau anhidrat sebagai batu perangkap. Ini hanya terjadi di beberapa bagian dunia.
Di bawah undang-undang saat ini, Cadangan Helium Nasional akan terjual habis pada tahun 2021. Semoga peningkatan investasi di pabrik pemulihan helium akan memadai untuk memenuhi kebutuhan konsumen helium ketika sumber penting helium itu hilang.