Helium — ist ein farb-, geschmack- und geruchloses Gas. Dieser Stoff wird dank seiner einzigartigen Eigenschaften auf verschiedenen Gebieten der Wissenschaft und Technik breit verwendet.
Norman Lockyer nannte dieses Element Helium nach dem griechischen «helios» — Sonne. Lockyer glaubte, dass das entdeckte Element ein Metall ist. Daher sein lateinischer Name Helium mit der Endung «-um», die gewöhnlich in der Bezeichnung von Metallen verwendet wird.
Bewohner der Sonne
Erstmals wurde Helium in der Atmosphäre der Sonne entdeckt. Das geschah 1868 und geht auf die Forschungen des französischen Astronomen Pierre Jule Janssen und des englischen Astronomen Joseph Norman Lockyer zurück.
Während einer totalen Sonnenfinsternis entdeckten sie bei der spektroskopischen Untersuchung des von der Sonne ausgestrahlten Lichts (dabei wurde Licht durch ein Glasprisma in verschiedene Spektrallinien zerlegt) eine neue, früher unbekannte brillantgelbe Spektrallinie, die keinem der schon bestehenden Elemente zuzuordnen war.
Das Zweite nach dem Wasserstoff
Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum. Jedoch gibt es relativ wenig Helium auf der Erde. Erstmals wurde es auf unserem Planeten 1895 vom schottischen Chemiker William Ramsay aus dem Uran-Mineral Cleveit isoliert.
Helium wird hauptsächlich aus Erdgas extrahiert. In Russland wird es nur von einem einzigen Betrieb hergestellt — vom Orenburger Erdgasverarbeitungswerk, das zur Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gazprom dobycha Orenburg gehört.
Das Orenburger Erdölgaskondensat-Feld gehört zu «Helium-armen» Vorkommen — der Volumenanteil dieses Stoffes im Gas beträgt hier nur maximal 0,055%. In «reichen» Vorkommen ist über 0,5% Helium enthalten, in durchschnittlichen Vorkommen — 0,1–0,5%. Sämtliche Vorkommen mit Helium-Gehalt unter 0,1% werden als «arme» eingruppiert.
Vorräte und Herstellung
Die Welt-Vorräte an Helium belaufen sich auf ca. 41 Mrd. Kubikmeter. Die Hauptvorräte sind in Katar, in Algerien, in den USA und in Russland konzentriert. In der Welt werden jährlich gegen 175 Mio. Kubikmeter Helium hergestellt. Der größte Hersteller dieses Produkts sind die USA. In Russland werden vorläufig nur gegen 5 Mio. Kubikmeter Helium pro Jahr hergestellt. Das hängt damit zusammen, dass die Hauptvorräte an diesem Stoff in den Vorkommen von Ostsibirien und Fernem Osten konzentriert sind, die noch ziemlich schlecht erschlossen sind. Allerdings ist der Helium-Gehalt in diesen Vorkommen sehr hoch — 0,2–0,8%.
Helium wird in zwei Stufen aus Gas extrahiert:
In der ersten Phase bildet sich im Prozess der TT-Kondensation ein Helium-Konzentrat — in diesem Produkt beträgt der Volumenanteil des brauchbaren Produkts schon mindestens 80%.
Weiterhin wird das Helium-Konzentrat von Beimischungen — Methan, Stickstoff, Wasserstoff, Neon, Argon — gereinigt.
Auf dem großen Luftballon...
Helium wird zur Behandlung von Krankheiten des Atmungssystems — Bronchialasthma — und anderer Krankheiten verwendet. Die mit Helium angereicherte Luft weist eine viel kleinere Dichte auf, deswegen ist es leichter, mit dieser Luft als mit gewöhnlicher Luft zu atmen.
Es ist bekannt, wie sich Helium auf die Veränderung der Stimme auswirkt: hat man eine kleine Menge dieses Stoffes eingeatmet, drücken sich die Stimmbänder zusammen, und der Mensch beginnt wie ein Held des Trickfilms zu sprechen.
Helium ist ein einzigartiges Produkt mit tiefem Siedepunkt (−268,94 °С), hoher Wärme- und Stromleitfähigkeit. Dank seiner Eigenschaften findet es eine breite Anwendung auf verschiedenen Industriegebieten — im Flugzeugbau, in der Raketen- und Weltraumtechnik, in der Elektronik- und Atomindustrie, in der Medizin.
Helium wird für die Zubereitung von Atemmischungen verwendet, zum Beispiel für die Atmosphäre der bemannten Weltraumschiffe, für Tieftauchen aber auch für die Behandlung von Asthma, für die Füllung der Luftschiffe und Luftballons. Es ist ungiftig, deswegen ist das Einatmen kleiner Mengen Helium zusammen mit Luft völlig unschädlich.
Die einzigartigen Eigenschaften dieses Stoffs finden ihre Anwendung auch in der Eisenhüttenindustrie — zur Bildung der Schutzumgebung beim Metallschweißen, in der Atomenergiewirtschaft — als Wärmeträger bei einigen Arten Kernreaktoranlagen.
Mangel ist unvermeidlich
Die Experten sagen voraus, dass der Helium-Verbrauch in der Welt steigen wird. Nach Schätzung der Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gazprom VNIIGAZ kann der Verbrauch dieses Stoffes zum Jahr 2030 238–312 Mio. Kubikmeter erreichen, und seine Herstellung wird zu dieser Zeit nur 213–238 Mio. Kubikmeter betragen. Das heißt, dass in der Welt ein Helium-mangel entstehen wird. Zur Defizitdeckung wird eine wesentliche Steigerung seiner Herstellung erforderlich sein.
In Russland können zukünftig große Zentren für die Herstellung von Helium auf der Basis der Erdgasfelder Kovykta und Chayanda sowie anderer Vorkommen in Ostsibirien und im Fernen Osten geschaffen werden. So hat unser Land in Zukunft alle Chancen, zu einem großen Welthersteller von Helium und einem Lieferanten dieses Stoffes auf den globalen Markt zu werden.
Das Erdölbegleitgas (APG) ist ein im Erdöl gelöstes Gas. Das Erdölbegleitgas wird bei der Erdölförderung gewonnen, d.h. es ist im Grunde genommen ein Begleitprodukt. Aber das APG an sich ist auch ein wertvoller Rohstoff für die Weiterverarbeitung.
Was sind verflüssigte Kohlenwasserstoffgase
Die verflüssigten Kohlenwasserstoffgase (LHCGs) werden aus Erdölbegleitgas gewonnen. Das sind reine Gase oder spezielle Gemische, die für die Heizung der Häuser, als Fahrzeugbrennstoff und für die Erzeugung erdölchemischer Produkte verwendet werden können.