Helium ist ein chemisches Element mit dem Symbol He und der Ordnungszahl 2. Es ist ein seltenes atmosphärisches Gas, farblos, geschmacklos, geschmacksneutral, ungiftig, nicht brennbar, in Wasser nur wenig löslich. Die Heliumkonzentration in der Atmosphäre beträgt 5,24 x 10-4 Volumenprozent. Es hat die niedrigsten Siede- und Schmelzpunkte aller Elemente und existiert nur als Gas, außer unter extrem kalten Bedingungen.

Helium wird hauptsächlich als gasförmiges oder flüssiges Helium transportiert und in Kernreaktoren, Halbleitern, Lasern, Glühbirnen, Supraleitung, Instrumentierung, Halbleitern und Glasfasern, Kryotechnik, MRT und F&E-Laborforschung verwendet.

Die Kältequelle mit niedriger Temperatur

Helium wird als kryogenes Kühlmittel für kryogene Kühlquellen verwendet, beispielsweise für die Magnetresonanztomographie (MRT), die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), den supraleitenden Quantenteilchenbeschleuniger, den Large Hadron Collider, das Interferometer (SQUID) und die Elektronenspinresonanz (ESR). und supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES), supraleitende MHD-Generatoren, supraleitende Sensoren, Energieübertragung, Magnetschwebebahntransport, Massenspektrometer, supraleitende Magnete, starke Magnetfeldabscheider, supraleitende Ringfeldmagnete für Fusionsreaktoren und andere kryogene Forschung. Helium kühlt kryogene supraleitende Materialien und Magnete auf nahezu den absoluten Nullpunkt ab, woraufhin der Widerstand des Supraleiters plötzlich auf Null sinkt. Der sehr niedrige Widerstand eines Supraleiters erzeugt ein stärkeres Magnetfeld. Bei MRT-Geräten in Krankenhäusern erzeugen stärkere Magnetfelder mehr Details in Röntgenbildern.

Helium wird als Superkühlmittel verwendet, da Helium die niedrigsten Schmelz- und Siedepunkte hat, bei Atmosphärendruck und 0 K nicht erstarrt und Helium chemisch inert ist, was eine Reaktion mit anderen Stoffen nahezu unmöglich macht. Darüber hinaus wird Helium unterhalb von 2,2 Kelvin supraflüssig. Bisher wurde die einzigartige Ultramobilität in keiner industriellen Anwendung genutzt. Bei Temperaturen unter 17 Kelvin gibt es keinen Ersatz für Helium als Kältemittel in der kryogenen Quelle.

Luft- und Raumfahrt

Helium wird auch in Ballons und Luftschiffen verwendet. Da Helium leichter als Luft ist, werden Luftschiffe und Ballons mit Helium gefüllt. Helium hat den Vorteil, dass es nicht brennbar ist, obwohl Wasserstoff schwimmfähiger ist und eine geringere Entweichungsrate aus der Membran aufweist. Eine weitere sekundäre Verwendung findet sich in der Raketentechnik, wo Helium als Verlustmedium verwendet wird, um Treibstoff und Oxidationsmittel in Lagertanks zu verdrängen und Wasserstoff und Sauerstoff zu Raketentreibstoff zu kondensieren. Es könnte auch dazu verwendet werden, Treibstoff und Oxidationsmittel vor dem Start aus der Bodenausrüstung zu entfernen und flüssigen Wasserstoff im Raumfahrzeug vorzukühlen. In der im Apollo-Programm eingesetzten Saturn-V-Rakete wurden zum Start etwa 370.000 Kubikmeter (13 Millionen Kubikfuß) Helium benötigt.

Pipeline-Leckerkennung und Erkennungsanalyse

Eine weitere industrielle Verwendung von Helium ist die Lecksuche. Die Lecksuche dient der Erkennung von Lecks in Systemen, die Flüssigkeiten und Gase enthalten. Da Helium dreimal schneller durch Feststoffe diffundiert als Luft, wird es als Prüfgas zur Erkennung von Lecks in Hochvakuumgeräten (z. B. Kryotanks) und Hochdruckbehältern verwendet. Das Objekt wird in eine Kammer gelegt, die dann evakuiert und mit Helium gefüllt wird. Selbst bei Leckraten von nur 10-9 mbar·L/s (10-10 Pa·m3/s) kann durch das Leck austretendes Helium mit einem empfindlichen Gerät (einem Helium-Massenspektrometer) nachgewiesen werden. Der Messvorgang ist in der Regel automatisiert und wird als Helium-Integrationstest bezeichnet. Eine andere, einfachere Methode besteht darin, das betreffende Objekt mit Helium zu füllen und manuell mit einem Handgerät nach Lecks zu suchen.

Helium wird zur Lecksuche verwendet, da es das kleinste Molekül und ein einatomiges Molekül ist, sodass Helium leicht ausläuft. Während der Lecksuche wird Heliumgas in das Objekt eingefüllt, und wenn ein Leck auftritt, kann das Helium-Massenspektrometer den Ort des Lecks ermitteln. Helium kann zur Erkennung von Lecks in Raketen, Treibstofftanks, Wärmetauschern, Gasleitungen, Elektronik, Fernsehröhren und anderen Fertigungskomponenten verwendet werden. Die Lecksuche mit Helium wurde erstmals im Rahmen des Manhattan-Projekts eingesetzt, um Lecks in Urananreicherungsanlagen aufzuspüren. Helium zur Lecksuche kann durch Wasserstoff, Stickstoff oder eine Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff ersetzt werden.

Schweißen und Metallbearbeitung

Heliumgas wird als Schutzgas beim Lichtbogenschweißen und Plasmalichtbogenschweißen verwendet, da es eine höhere Ionisierungspotentialenergie als andere Atome aufweist. Heliumgas um die Schweißnaht herum verhindert, dass das Metall im geschmolzenen Zustand oxidiert. Die hohe Ionisierungspotentialenergie von Helium ermöglicht das Plasmalichtbogenschweißen verschiedener Metalle, die im Baugewerbe, im Schiffbau und in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, wie z. B. Titan, Zirkonium, Magnesium und Aluminiumlegierungen. Obwohl das Helium im Schutzgas durch Argon oder Wasserstoff ersetzt werden kann, können einige Materialien (z. B. Titan-Helium) beim Plasmalichtbogenschweißen nicht ersetzt werden. Denn Helium ist das einzige Gas, das bei hohen Temperaturen sicher ist.

Einer der aktivsten Entwicklungsbereiche ist das Schweißen von Edelstahl. Helium ist ein inertes Gas, das heißt, es geht keine chemischen Reaktionen ein, wenn es anderen Substanzen ausgesetzt wird. Diese Eigenschaft ist bei Schweißschutzgasen besonders wichtig.

Auch Helium leitet Wärme gut. Aus diesem Grund wird es häufig bei Schweißnähten verwendet, bei denen eine höhere Wärmezufuhr erforderlich ist, um die Benetzbarkeit der Schweißnaht zu verbessern. Helium ist auch bei Geschwindigkeitsüberschreitungen nützlich.

Um die guten Eigenschaften beider Gase optimal auszunutzen, wird dem Schutzgasgemisch Helium meist in unterschiedlichen Mengen mit Argon beigemischt. Helium dient beispielsweise als Schutzgas, um beim Schweißen eine breitere und flachere Eindringtiefe zu ermöglichen. Aber Helium sorgt nicht für die Reinigung wie Argon.

Daher erwägen Metallhersteller häufig das Mischen von Argon mit Helium als Teil ihres Arbeitsprozesses. Beim Metall-Lichtbogenschweißen mit Schutzgas kann Helium 25 bis 75 % der Gasmischung in der Helium/Argon-Mischung ausmachen. Durch die Einstellung der Zusammensetzung des Schutzgasgemisches kann der Schweißer Einfluss auf die Wärmeverteilung der Schweißnaht nehmen, was sich wiederum auf die Form des Schweißgutquerschnitts und die Schweißgeschwindigkeit auswirkt.

Elektronische Halbleiterindustrie

Als Edelgas ist Helium so stabil, dass es kaum mit anderen Elementen reagiert. Aufgrund dieser Eigenschaft wird es als Schutzschild beim Lichtbogenschweißen verwendet (um eine Kontamination mit Sauerstoff in der Luft zu verhindern). Helium hat auch andere wichtige Anwendungen, wie etwa die Herstellung von Halbleitern und optischen Fasern. Darüber hinaus kann es beim Tieftauchen Stickstoff ersetzen, um die Bildung von Stickstoffblasen im Blutkreislauf zu verhindern und so der Tauchkrankheit vorzubeugen.

Globales Helium-Verkaufsvolumen (2016–2027)

Der weltweite Heliummarkt belief sich im Jahr 2020 auf 1825,37 Millionen US-Dollar und wird im Jahr 2027 voraussichtlich 2742,04 Millionen US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,65 % (2021–2027). Die Branche ist in den kommenden Jahren mit großer Unsicherheit konfrontiert. Die Prognosedaten für 2021-2027 in diesem Papier basieren auf der historischen Entwicklung der letzten Jahre, den Meinungen von Branchenexperten und den Meinungen von Analysten in diesem Papier.

Die Heliumindustrie ist stark konzentriert, wird aus natürlichen Ressourcen gewonnen und verfügt über eine begrenzte Anzahl globaler Hersteller, hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, Russland, Katar und Algerien. Weltweit konzentriert sich der Verbrauchersektor auf die Vereinigten Staaten, China, Europa und so weiter. Die Vereinigten Staaten haben eine lange Geschichte und eine unerschütterliche Position in der Branche.

Viele Unternehmen verfügen über mehrere Fabriken, die jedoch meist nicht in der Nähe ihrer Zielmärkte liegen. Daher verursacht das Produkt hohe Transportkosten.

Seit den ersten fünf Jahren ist die Produktion sehr langsam gewachsen. Helium ist eine nicht erneuerbare Energiequelle und in den Produktionsländern gibt es Richtlinien, um seine weitere Nutzung sicherzustellen. Einige gehen davon aus, dass Helium in Zukunft zur Neige gehen wird.

Die Branche weist einen hohen Anteil an Importen und Exporten auf. Fast alle Länder verwenden Helium, aber nur wenige verfügen über Heliumreserven.

Helium hat ein breites Anwendungsspektrum und wird in immer mehr Bereichen verfügbar sein. Angesichts der Knappheit natürlicher Ressourcen dürfte die Nachfrage nach Helium in Zukunft steigen und entsprechende Alternativen erfordern. Es wird erwartet, dass die Heliumpreise von 2021 bis 2026 weiter steigen werden, von 13,53 $/m3 (2020) auf 19,09 $/m3 (2027).

Die Branche wird von Wirtschaft und Politik beeinflusst. Mit der Erholung der Weltwirtschaft machen sich immer mehr Menschen Sorgen um die Verbesserung der Umweltstandards, insbesondere in unterentwickelten Regionen mit großer Bevölkerung und schnellem Wirtschaftswachstum wird die Nachfrage nach Helium steigen.

Zu den großen globalen Herstellern gehören derzeit Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) und Gazprom (Ru) usw. Im Jahr 2020 wird der Umsatzanteil der Top-6-Hersteller 74 % überschreiten. Es wird erwartet, dass der Wettbewerb in der Branche in den nächsten Jahren zunehmen wird.

HL-Kryogenausrüstung

Aufgrund der Knappheit der Ressourcen an flüssigem Helium und des steigenden Preises ist es wichtig, den Verlust und die Rückgewinnung von flüssigem Helium bei seiner Verwendung und seinem Transportprozess zu reduzieren.

HL Cryogenic Equipment wurde 1992 gegründet und ist eine Marke der HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment widmet sich der Entwicklung und Herstellung des hochvakuumisolierten Kryo-Rohrleitungssystems und der dazugehörigen Unterstützungsausrüstung, um den unterschiedlichen Anforderungen der Kunden gerecht zu werden. Das vakuumisolierte Rohr und der flexible Schlauch bestehen aus einem Hochvakuum und mehrschichtigen, mehrschichtigen Spezialisoliermaterialien und durchlaufen eine Reihe äußerst strenger technischer Behandlungen und einer Hochvakuumbehandlung, die für die Übertragung von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff verwendet wird , flüssiges Argon, flüssiger Wasserstoff, flüssiges Helium, verflüssigtes Ethylengas LEG und verflüssigtes Naturgas LNG.

Die Produktreihen Vakuummantelrohr, Vakuummantelschlauch, Vakuummantelventil und Phasentrenner der HL Cryogenic Equipment Company, die eine Reihe äußerst strenger technischer Behandlungen durchlaufen haben, werden für die Übertragung von flüssigem Sauerstoff, flüssigem Stickstoff, flüssigem Argon verwendet. Flüssiger Wasserstoff, flüssiges Helium, LEG und LNG, und diese Produkte werden für kryogene Geräte (z. B. kryogene Tanks, Dewar-Gefäße und Kühlboxen usw.) in den Branchen Luftzerlegung, Gase, Luftfahrt, Elektronik, Supraleiter, Chips, Automatisierungsmontage, Lebensmittel und Industrie gewartet. Getränke, Pharmazie, Krankenhaus, Biobank, Gummi, Herstellung neuer Materialien, Chemieingenieurwesen, Eisen und Stahl sowie wissenschaftliche Forschung usw.

HL Cryogenic Equipment Company ist zum qualifizierten Lieferanten/Verkäufer von Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani und Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) usw. geworden.