Come si ottiene il gas elio?
Il gas elio è abbondante nello spazio: è un sottoprodotto delle reazioni di fusione che si verificano all'interno delle stelle. Tuttavia, il gas elio che possiamo trovare sulla terra, che viene poi immagazzinato in serbatoi di gas elio per l'utilizzo in molte applicazioni essenziali, è limitato. Questo tipo di gas elio, denominato elio-4, si produce naturalmente nel sottosuolo attraverso la decomposizione e il decadimento radioattivi di alcuni elementi come l'uranio e il torio. Il risultato di questa reazione sono particelle alfa contenenti due neutroni e protoni. Questi piccoli frammenti a quel punto raccolgono elettroni dall'ambiente circostante e formano l'elio, che in seguito si fa strada attraverso la crosta terrestre e fino allo spazio.
Fortunatamente per noi, parte dell'elio-4 rimane intrappolato e si mescola con il gas naturale che si trova sotto gli strati sottostanti alla superficie terrestre. L'elio-4 viene quindi estratto dal terreno con pozzi perforati per liberarlo. La quantità di elio gassoso che si può trovare nel gas naturale è variabile, a partire da una quantità quasi trascurabile del 4% in volume. Il gas naturale contenente elio-4 subisce quindi un processo di distillazione criogenica per produrre le particelle di elio. Una volta separato dal gas naturale, l'elio-4 passa attraverso un altro processo di raffinazione dopo il quale viene portato a una purezza del 99,99+%, per essere posto in vendita sul mercato.
Riserve di gas elio e approvvigionamento
La domanda globale di elio continua ad aumentare, causando grande preoccupazione per le risorse limitate di elio, rendendo in questo modo fragile la catena di approvvigionamento. Il problema dell'estrazione di gas elio è che non ci sono molti giacimenti di gas naturale con alte concentrazioni di elio e l'estrazione di quest’ultimo da tali giacimenti con bassa concentrazione sarebbe troppo costosa per via della scarsa quantità di gas che si otterrebbe. Secondo quanto riportato da Gas World, il 75% dell'elio globale consumato a livello mondiale è in gran parte limitato a tre località: Ras Laffan Industrial City in Qatar, ExxonMobil nel Wyoming e la National Helium Reserve in Texas.
Come ulteriore opzione per l'approvvigionamento di elio, a causa del timore della sua scarsità, alcuni ricercatori hanno suggerito di produrre elio attraverso l'aria liquefatta, ma la spesa della produzione dell'elio prodotto non sarebbe affrontabile, poiché la quantità di elio contenuta nell'aria è troppo bassa.
Alternative al gas elio per la gascromatografia
Perché l'elio è così prezioso? Tutto dipende dalle caratteristiche davvero uniche dell’elio che rendono questo gas estremamente prezioso per una varietà di usi in molti settori industriali. Tuttavia, a causa dell'incertezza sulle future forniture di gas elio e per l’inevitabile inflazione dei relativi costi, molti settori industriali ricorrono, per le loro applicazioni, ad altre fonti.
La gascromatografia è una di quelle applicazioni che utilizza altri gas come gas vettore anziché l'elio. Sebbene la scelta del gas di trasporto dipenda dal contenuto del campione, l'idrogeno è uno dei principali contendenti come sostituto dell'elio. Avendo una viscosità molto bassa, il gas idrogeno può fornire il più alto tasso di mobilità di tutti i gas vettori, riducendo il tempo per l'analisi del campione.
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Il vantaggio del risparmio sui costi è un ulteriore fattore da considerare quando si sceglie un gas vettore alternativo. L'idrogeno gassoso, a differenza dell'elio, può essere prodotto in sede mediante elettrolisi dell'acqua deionizzata utilizzando un generatore di idrogeno, il che dà la purezza necessaria per analisi efficaci. A differenza dello stoccaggio di gas elio o di idrogeno via bombole, è possibile ottenere idrogeno secondo fabbisogno con un generatore di idrogeno, con la garanzia che il gas idrogeno generato corrisponderà alla quantità richiesta per le applicazioni e senza la necessità di ordinare in anticipo gas di scorta.
La sicurezza del gas idrogeno è spesso motivo di preoccupazione per i ricercatori che desiderano un gas vettore alternativo. Le bombole di gas pressurizzate, sia di idrogeno che di elio, possono rappresentare una minaccia per la sicurezza a causa dell'elevato volume di gas immagazzinato nei serbatoi di idrogeno o elio. Tuttavia, questi timori sono mitigati dal basso volume di gas immagazzinato e dalle valide tecnologie relative alla sicurezza dei generatori di idrogeno presso la propria sede. Oggigiorno, i generatori di idrogeno interni all’azienda sono dotati di rilevatori di sicurezza che garantiscono l'arresto del sistema in caso di perdite e i rischi sono così ridotti al minimo.
A causa del crescente timore per la scarsità di risorse relative all'estrazione di gas elio e un prezzo destinato a salire, i laboratori stanno ricorrendo ad alternative per la scelta del gas vettore. I generatori di idrogeno sono spesso l’opzione migliore per la gascromatografia, poiché offrono un flusso di gas affidabile e sicuro.
Bibliografia
https://www.gasworld.com/helium-qatar-4-plant-considered/2014735.article