Helium ist ein chemisches Element mit dem Symbol He und der Ordnungszahl 2. Es ist ein seltenes atmosphärisches Gas, farblos, geschmacklos, ungiftig, nicht brennbar und nur schwer wasserlöslich. Die Heliumkonzentration in der Atmosphäre beträgt 5,24 x 10-4 Volumenprozent. Helium hat den niedrigsten Siede- und Schmelzpunkt aller Elemente und kommt außer unter extrem kalten Bedingungen nur als Gas vor.

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

Die Niedertemperatur-Kältequelle

Helium wird als kryogenes Kühlmittel für kryogene Kühlquellen verwendet, wie z. B. Magnetresonanztomographie (MRT), Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), supraleitende Quantenteilchenbeschleuniger, Large Hadron Collider, Interferometer (SQUID), Elektronenspinresonanz (ESR) und supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES), MHD-supraleitende Generatoren, supraleitende Sensoren, Energieübertragung, Magnetschwebebahn, Massenspektrometer, supraleitende Magnete, starke Magnetfeldseparatoren, ringförmige supraleitende Magnete für Fusionsreaktoren und andere kryogene Forschung. Helium kühlt kryogene supraleitende Materialien und Magnete bis nahe an den absoluten Nullpunkt ab, an dem 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 eingesetzt, da es die niedrigsten Schmelz- und Siedepunkte aufweist, bei Atmosphärendruck und 0 K nicht erstarrt und chemisch inert ist, sodass es kaum mit anderen Substanzen reagieren kann. Zudem wird Helium unterhalb von 2,2 Kelvin supraflüssig. Diese einzigartige Ultramobilität wurde bisher in keiner industriellen Anwendung genutzt. Bei Temperaturen unter 17 Kelvin gibt es keinen Ersatz für Helium als Kühlmittel 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, nicht brennbar zu sein, obwohl Wasserstoff einen höheren Auftrieb hat und weniger schnell aus der Membran entweicht. Eine weitere sekundäre Verwendung findet sich in der Raketentechnik, wo Helium als Verdrängungsmedium verwendet wird, um Treibstoff und Oxidationsmittel in Lagertanks zu verdrängen und Wasserstoff und Sauerstoff zu kondensieren, um Raketentreibstoff herzustellen. Es könnte auch verwendet werden, um Treibstoff und Oxidationsmittel vor dem Start aus Bodengeräten zu entfernen und flüssigen Wasserstoff im Raumfahrzeug vorzukühlen. Für den Start der Saturn-V-Rakete des Apollo-Programms wurden etwa 370.000 Kubikmeter (13 Millionen Kubikfuß) Helium benötigt.

Erkennung und Erkennungsanalyse von Pipeline-Lecks

Eine weitere industrielle Verwendung von Helium ist die Lecksuche. Die Lecksuche wird verwendet, um Lecks in Systemen mit Flüssigkeiten und Gasen zu erkennen. Da Helium dreimal schneller durch Feststoffe diffundiert als Luft, wird es als Prüfgas zum Aufspüren von Lecks in Hochvakuumgeräten (wie Kryotanks) und Hochdruckbehältern verwendet. Das Objekt wird in eine Kammer gelegt, die anschließend 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 entweichendes Helium von einem empfindlichen Gerät (einem Helium-Massenspektrometer) erkannt werden. Das Messverfahren 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 einatomig ist und daher leicht austreten kann. Bei der Lecksuche wird Heliumgas in das Objekt eingefüllt. Tritt ein Leck auf, kann das Helium-Massenspektrometer die Leckstelle orten. Helium kann zur Lecksuche in Raketen, Treibstofftanks, Wärmetauschern, Gasleitungen, Elektronik, Fernsehröhren und anderen Fertigungskomponenten eingesetzt werden. Die Lecksuche mit Helium wurde erstmals im Rahmen des Manhattan-Projekts zur Erkennung von Lecks in Urananreicherungsanlagen eingesetzt. Helium zur Lecksuche kann durch Wasserstoff, Stickstoff oder ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch ersetzt werden.

Schweißen und Metallbearbeitung

Heliumgas wird aufgrund seines höheren Ionisierungspotenzials als Schutzgas beim Lichtbogenschweißen und Plasmaschweißen verwendet. Heliumgas um die Schweißnaht verhindert die Oxidation des Metalls im geschmolzenen Zustand. Das hohe Ionisierungspotenzial von Helium ermöglicht das Plasmaschweißen unterschiedlicher Metalle, die im Bauwesen, Schiffbau und in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, wie beispielsweise Titan-, Zirkonium-, Magnesium- und Aluminiumlegierungen. Obwohl das Helium im Schutzgas durch Argon oder Wasserstoff ersetzt werden kann, sind einige Materialien (wie Titan-Helium) beim Plasmaschweißen nicht ersetzbar. Denn Helium ist das einzige Gas, das bei hohen Temperaturen sicher ist.

Einer der aktivsten Entwicklungsbereiche ist das Edelstahlschweißen. Helium ist ein Inertgas, das heißt, es reagiert nicht mit anderen Substanzen. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig bei Schweißschutzgasen.

Helium leitet außerdem Wärme gut. Deshalb wird es häufig bei Schweißnähten verwendet, bei denen eine höhere Wärmezufuhr erforderlich ist, um die Benetzbarkeit der Schweißnaht zu verbessern. Helium eignet sich auch zum Beschleunigen.

Helium wird üblicherweise in unterschiedlichen Mengen mit Argon im Schutzgasgemisch gemischt, um die guten Eigenschaften beider Gase optimal zu nutzen. Helium beispielsweise dient als Schutzgas und ermöglicht beim Schweißen eine breitere und flachere Eindringtiefe. Helium bietet jedoch nicht die Reinigungswirkung von Argon.

Daher mischen Metallhersteller häufig Argon mit Helium in ihren Arbeitsprozessen. Beim Metallschutzgasschweißen kann Helium 25 bis 75 % des Gasgemisches im Helium-Argon-Gemisch ausmachen. Durch die Anpassung der Zusammensetzung des Schutzgasgemisches kann der Schweißer die Wärmeverteilung der Schweißnaht beeinflussen, was wiederum die Form des Schweißgutquerschnitts und die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst.

Elektronische Halbleiterindustrie

Als Inertgas ist Helium so stabil, dass es kaum mit anderen Elementen reagiert. Daher wird es als Schutzgas beim Lichtbogenschweißen eingesetzt (um eine Verunreinigung des Luftsauerstoffs zu verhindern). Helium hat auch andere wichtige Anwendungen, beispielsweise in der Halbleiter- und Glasfaserherstellung. Darüber hinaus kann es Stickstoff beim Tieftauchen ersetzen, um die Bildung von Stickstoffbläschen im Blutkreislauf und damit die Tauchkrankheit zu verhindern.

Globales Helium-Verkaufsvolumen (2016-2027)

Der globale Heliummarkt erreichte im Jahr 2020 ein Volumen von 1.825,37 Millionen US-Dollar und wird voraussichtlich bis 2027 ein Volumen von 2.742,04 Millionen US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,65 % (2021–2027). Die Branche ist in den kommenden Jahren von großer Unsicherheit geprägt. Die Prognosedaten für 2021–2027 basieren auf der historischen Entwicklung der letzten Jahre, den Meinungen von Branchenexperten und Analysten.

Die Heliumindustrie ist hochkonzentriert, bezieht ihre Energie aus natürlichen Ressourcen und verfügt über wenige globale Hersteller, hauptsächlich in den USA, Russland, Katar und Algerien. Der Verbrauchersektor konzentriert sich weltweit auf die USA, China und Europa. Die USA haben eine lange Geschichte und eine unerschütterliche Position in der Branche.

Viele Unternehmen verfügen über mehrere Fabriken, die sich jedoch meist nicht in der Nähe ihrer Zielmärkte befinden. Daher sind die Transportkosten für die Produkte hoch.

Seit den ersten fünf Jahren ist die Produktion nur sehr langsam gewachsen. Helium ist eine nicht erneuerbare Energiequelle, und in den Förderländern gibt es Richtlinien, um seine weitere Nutzung sicherzustellen. Manche sagen voraus, dass Helium in Zukunft zur Neige gehen wird.

Die Branche weist einen hohen Import- und Exportanteil auf. Fast alle Länder nutzen Helium, doch nur wenige verfügen über Heliumreserven.

Helium ist vielseitig einsetzbar und wird in immer mehr Bereichen verfügbar sein. Angesichts der Knappheit natürlicher Ressourcen dürfte die Nachfrage nach Helium künftig steigen, was geeignete Alternativen erfordert. Es wird erwartet, dass die Heliumpreise von 2021 bis 2026 weiter steigen, von 13,53 $/m³ (2020) auf 19,09 $/m³ (2027).

Die Branche wird von wirtschaftlichen und politischen Faktoren beeinflusst. Mit der Erholung der Weltwirtschaft sind immer mehr Menschen an der Verbesserung der Umweltstandards interessiert. Insbesondere in unterentwickelten Regionen mit hoher Bevölkerungszahl und schnellem Wirtschaftswachstum wird die Nachfrage nach Helium steigen.

Zu den wichtigsten globalen Herstellern zählen 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 % übersteigen. Es wird erwartet, dass der Wettbewerb in der Branche in den nächsten Jahren intensiver wird.

HL Kryotechnik

Aufgrund der Knappheit der Flüssigheliumressourcen und des steigenden Preises ist es wichtig, den Verlust und die Rückgewinnung von Flüssighelium bei der Verwendung und beim Transport zu reduzieren.

HL Cryogenic Equipment wurde 1992 gegründet und ist eine Marke der HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment hat sich der Entwicklung und Herstellung von hochvakuumisolierten kryogenen Rohrleitungssystemen und zugehöriger Unterstützungsausrüstung verschrieben, um den unterschiedlichen Kundenanforderungen gerecht zu werden. Die vakuumisolierten Rohre und flexiblen Schläuche bestehen aus Hochvakuum und mehrschichtigen, speziell isolierten Materialien und durchlaufen eine Reihe strenger technischer Verfahren und Hochvakuumbehandlungen. Sie dienen zum Transport von flüssigem Sauerstoff, flüssigem Stickstoff, flüssigem Argon, flüssigem Wasserstoff, flüssigem Helium, verflüssigtem Ethylengas (LEG) und verflüssigtem Erdgas (LNG).

Die Produktreihen aus Vakuummantelrohren, Vakuummantelschläuchen, Vakuummantelventilen und Phasentrennern der HL Cryogenic Equipment Company, die eine Reihe äußerst strenger technischer Behandlungen durchlaufen haben, werden für den Transfer von flüssigem Sauerstoff, flüssigem Stickstoff, flüssigem Argon, flüssigem Wasserstoff, flüssigem Helium, LEG und LNG verwendet und diese Produkte werden für kryogene Geräte (z. B. kryogene Tanks, Dewargefäße und Coldboxen usw.) in den Branchen Luftzerlegung, Gase, Luftfahrt, Elektronik, Supraleitung, Chips, Automatisierungsmontage, Lebensmittel und Getränke, Pharmazie, Krankenhäuser, Biobanken, Gummi, Herstellung neuer Materialien, Chemieingenieurwesen, Eisen und Stahl sowie wissenschaftliche Forschung usw. gewartet.

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.