德纳化学

氦成为稀缺资源究竟是科学界的一个重大问题

http://www.chem.hc360.com2018年06月07日11:10 来源:quoraT|T

    慧聪化工网讯:现实情况是氦气确实是一个稀缺资源。许多行业的产品,需要氦,但我们却没有办法便宜地制造更多。

    许多人没有意识到氦是一种不可再生的资源.。它是通过铀的核衰变在地球上制造的,并从矿井中回收。一旦它被释放到大气中,再夺回它就变得不经济了,最终大气中的氦会因为太轻而完全逃离地球。

    至于我们是否用完的问题,现有的答案是绝对正确的(是的!),但仍需补充一点,这是许多在使用氦的行业之外的人都不知道的问题,但最终会影响到他们。

    第一篇相关文章很好地总结了为什么这在最近几年成为一个紧迫的问题。

    为了应对这种元素的稀缺性,自20世纪60年代以来,美国一直在得克萨斯州阿马里洛外的一个名为布什穹顶的国家氦储备区储存氦。到20世纪70年代中期,那里储存了12亿立方米的天然气。目前的储量约为6亿立方米,约为目前世界市场的4倍。

    但是,Chan指出,1996年的氦私有化法案要求内政部在2015年之前出售所有储存的氦。“因此,”他说,“美国政府以低于市场的价格出售相当于世界氦市场40%的份额。”

    “这一行动阻碍了对氦的积极探索,”Chan解释说。

    文章来源:《探测问题:我们的氦耗尽了吗?》这篇文章发表几个月后,国会通过了一项维持储备的法案。

    问题的细节集中于不良政策对氦的科学使用者的负面影响,但我要强调,氦在工业和医学中还有许多其他用途,下面列出一些用途:

    1.氦被用作冷却核磁共振成像机超导磁体的冷冻剂。这是低温氦的最大用途。这是一种应用,另一种低温致冷剂最终可以被替代,因为有几个新的超导体,当它们被液氢、氧气或氖等高温低温致冷剂冷却时,它们可以产生所需的磁场。然而,我怀疑医院和核磁共振机制造商是否会很快采取行动。

    2.氦被用作焊接用的惰性气体。在这些应用中,我认为如果氦气用完,它们可以替代另一种惰性气体。

    3.氦在半导体工业中被用作一种惰性气体,用于生长半导体晶体、快速冷却元件和控制传热。

    4.氦用于泄漏检测,用于容器的测试,容器将承受高压或低真空条件下的裂纹。这是另一种气体不能替代的应用,至少在极高和极低的压力下是如此,因为氦可以流过最小的裂缝。

    科学界也许对这一短缺问题最有发言权,因为:

    1.许多科学实验需要液氦,因为它使科学家能够达到任何低温原的最低温度。通常需要低温才能清晰地观察到量子力学现象,这是不可替代的。

    2.在短缺时,研究机构的优先程度往往较低。

    我们能做什么:

    1.实施合理的氦气勘探/储存政策,使采矿公司被迫提取这种资源,用户不会受到不稳定的成本/供应的影响。2013年,美国国会通过了一项法案,维持氦储量,不以低于市场价格销售氦。这使得供应更加稳定,但并不能改变这种资源不可再生的事实。

    2.限制浪费氦的使用,回收我们使用的氦。对于低温应用,这意味着安装一个封闭的再循环系统来重新压缩来自低温系统排气的氦。对于大型强子对撞机之类的大型用户来说,这一直是操作程序。然而,随着最近的成本上涨和供应中断,个别研究实验室也开始实施此类系统。启动成本是巨大的(超过10万美元),但是成本节约在短短几年内就出现了,而且便捷性马上就显现出来了。在未来,我认为(并希望)这种系统将不会被用于液氦的研究和医疗用户所选择。

    我们不能做的:

    一旦所有的氦都从地球上提取出来,我们就不能生产更多的氦。生产更多氦的所有方法都非常昂贵,不值得讨论:1)氢聚变,2)在粒子加速器中用高能质子轰击其他原子(如锂或硼),3)在月球上开采氦,就需要运回地球的体积而言,是一个荒谬的命题(然而,在月球上开采氦-3可能在经济上是可行的)。从这个意义上讲,氦耗尽的问题与石油枯竭的问题是不同的。对于后者,人们可以而且确实合成了乙醇燃料等替代品,更不用说还有无数种不排放碳的能源选择了。

    然而,在许多使用氦的应用中,氦是无法替代的。

责任编辑:张兰

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