Helyum, sembolü He ve atom numarası 2 olan kimyasal bir elementtir. Nadir bulunan, renksiz, tatsız, zehirli olmayan, yanıcı olmayan ve suda yalnızca az çözünür bir atmosferik gazdır. Atmosferdeki helyum konsantrasyonu hacimce %5,24 x 10⁻⁴'tür. Herhangi bir elementin en düşük kaynama ve erime noktalarına sahiptir ve aşırı soğuk koşullar dışında yalnızca gaz halinde bulunur.

Helyum esas olarak gaz veya sıvı helyum olarak taşınır ve nükleer reaktörlerde, yarı iletkenlerde, lazerlerde, ampullerde, süperiletkenlikte, enstrümantasyonda, yarı iletkenlerde ve fiber optikte, kriyojenikte, MRI'da ve Ar-Ge laboratuvar araştırmalarında kullanılır.

Düşük Sıcaklık Soğuk Kaynağı

Helyum, manyetik rezonans görüntüleme (MRI), nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, süper iletken kuantum parçacık hızlandırıcı, büyük hadron çarpıştırıcısı, interferometre (SQUID), elektron spin rezonansı (ESR) ve süper iletken manyetik enerji depolama (SMES), MHD süper iletken jeneratörler, süper iletken sensör, güç iletimi, manyetik levitasyonlu ulaşım, kütle spektrometresi, süper iletken mıknatıs, güçlü manyetik alan ayırıcılar, füzyon reaktörleri için halka alanlı süper iletken mıknatıslar ve diğer kriyojenik araştırmalar gibi kriyojenik soğutma kaynakları için kriyojenik soğutucu olarak kullanılır. Helyum, kriyojenik süper iletken malzemeleri ve mıknatısları mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutur; bu noktada süper iletkenin direnci aniden sıfıra düşer. Süper iletkenin çok düşük direnci, daha güçlü bir manyetik alan oluşturur. Hastanelerde kullanılan MRI ekipmanlarında, daha güçlü manyetik alanlar radyografik görüntülerde daha fazla ayrıntı üretir.

Helyum, en düşük erime ve kaynama noktalarına sahip olması, atmosfer basıncında ve 0 K'de katılaşmaması ve kimyasal olarak inert olması, yani diğer maddelerle reaksiyona girmesinin neredeyse imkansız olması nedeniyle süper soğutucu olarak kullanılır. Ayrıca, helyum 2,2 Kelvin'in altında süperakışkan hale gelir. Şimdiye kadar, bu eşsiz ultra hareketliliği hiçbir endüstriyel uygulamada kullanılmamıştır. 17 Kelvin'in altındaki sıcaklıklarda, kriyojenik kaynaklarda soğutucu olarak helyumun yerini alabilecek bir madde yoktur.

Havacılık ve Uzay Bilimleri

Helyum ayrıca balonlarda ve hava gemilerinde de kullanılır. Helyum havadan daha hafif olduğu için hava gemileri ve balonlar helyumla doldurulur. Helyumun avantajı yanıcı olmamasıdır, ancak hidrojen daha yüksek kaldırma kuvvetine sahiptir ve membrandan daha düşük bir kaçış oranına sahiptir. Bir diğer ikincil kullanım alanı ise roket teknolojisidir; burada helyum, depolama tanklarındaki yakıt ve oksitleyiciyi yer değiştirmek ve roket yakıtı yapmak için hidrojen ve oksijeni yoğunlaştırmak için bir kayıp ortamı olarak kullanılır. Ayrıca fırlatmadan önce yer destek ekipmanından yakıt ve oksitleyiciyi uzaklaştırmak ve uzay aracındaki sıvı hidrojeni önceden soğutmak için de kullanılabilir. Apollo programında kullanılan Saturn V roketinin fırlatılması için yaklaşık 370.000 metreküp (13 milyon fit küp) helyuma ihtiyaç duyulmuştur.

Boru Hattı Kaçağı Tespiti ve Tespit Analizi

Helyumun bir diğer endüstriyel kullanım alanı ise sızıntı tespitidir. Sızıntı tespiti, sıvı ve gaz içeren sistemlerdeki sızıntıları tespit etmek için kullanılır. Helyum, katı maddelerden havadan üç kat daha hızlı yayıldığı için, yüksek vakumlu ekipmanlarda (kriyojenik tanklar gibi) ve yüksek basınçlı kaplarda sızıntıları tespit etmek için izleyici gaz olarak kullanılır. Nesne bir odaya yerleştirilir, ardından oda boşaltılır ve helyumla doldurulur. 10⁻⁹ mbar•L/s (10⁻¹⁰ Pa•m³/s) kadar düşük sızıntı oranlarında bile, sızıntıdan kaçan helyum hassas bir cihaz (helyum kütle spektrometresi) ile tespit edilebilir. Ölçüm prosedürü genellikle otomatiktir ve helyum entegrasyon testi olarak adlandırılır. Daha basit bir yöntem ise, söz konusu nesneyi helyumla doldurmak ve elde taşınabilir bir cihaz kullanarak sızıntıları manuel olarak aramaktır.

Helyum, en küçük molekül ve tek atomlu bir molekül olduğu için kolayca sızdığı için sızıntı tespiti için kullanılır. Sızıntı tespiti sırasında nesneye helyum gazı doldurulur ve bir sızıntı meydana gelirse, helyum kütle spektrometresi sızıntının yerini tespit edebilir. Helyum, roketlerde, yakıt tanklarında, ısı eşanjörlerinde, gaz hatlarında, elektroniklerde, televizyon tüplerinde ve diğer üretim bileşenlerinde sızıntıları tespit etmek için kullanılabilir. Helyum kullanılarak sızıntı tespiti ilk olarak Manhattan Projesi sırasında uranyum zenginleştirme tesislerindeki sızıntıları tespit etmek için kullanılmıştır. Sızıntı tespitinde kullanılan helyum, hidrojen, azot veya hidrojen ve azot karışımı ile değiştirilebilir.

Kaynak ve Metal İşleme

Helyum gazı, diğer atomlara göre daha yüksek iyonlaşma potansiyel enerjisine sahip olması nedeniyle ark kaynağı ve plazma ark kaynağında koruyucu gaz olarak kullanılır. Kaynak çevresindeki helyum gazı, metalin erimiş haldeyken oksitlenmesini önler. Helyumun yüksek iyonlaşma potansiyel enerjisi, titanyum, zirkonyum, magnezyum ve alüminyum alaşımları gibi inşaat, gemi yapımı ve havacılıkta kullanılan farklı metallerin plazma ark kaynağına olanak tanır. Koruyucu gazdaki helyum, argon veya hidrojen ile değiştirilebilse de, bazı malzemeler (örneğin titanyum helyum) plazma ark kaynağı için değiştirilemez. Çünkü helyum, yüksek sıcaklıklarda güvenli olan tek gazdır.

En aktif geliştirme alanlarından biri paslanmaz çelik kaynağıdır. Helyum, inert bir gazdır; yani diğer maddelere maruz kaldığında herhangi bir kimyasal reaksiyona girmez. Bu özellik, kaynak koruma gazlarında özellikle önemlidir.

Helyum aynı zamanda ısıyı iyi iletir. Bu nedenle, kaynak yüzeyinin ıslatılabilirliğini artırmak için daha yüksek ısı girdisi gereken kaynaklarda yaygın olarak kullanılır. Helyum ayrıca hızlandırma için de faydalıdır.

Helyum, her iki gazın da iyi özelliklerinden tam olarak yararlanmak için genellikle koruyucu gaz karışımında değişen miktarlarda argonla karıştırılır. Örneğin, helyum, kaynak sırasında daha geniş ve daha sığ nüfuz modları sağlamaya yardımcı olan bir koruyucu gaz görevi görür. Ancak helyum, argonun sağladığı temizleme özelliğini sağlamaz.

Sonuç olarak, metal üreticileri genellikle çalışma süreçlerinin bir parçası olarak argonu helyumla karıştırmayı düşünürler. Gaz korumalı metal ark kaynağında, helyum/argon karışımındaki gaz karışımının %25 ila %75'ini helyum oluşturabilir. Koruyucu gaz karışımının bileşimini ayarlayarak, kaynakçı kaynağın ısı dağılımını etkileyebilir; bu da kaynak metalinin kesit şeklini ve kaynak hızını etkiler.

Elektronik Yarı İletken Endüstrisi

Soy bir gaz olan helyum, diğer elementlerle neredeyse hiç reaksiyona girmeyecek kadar kararlıdır. Bu özelliği sayesinde ark kaynağında (havadaki oksijenin bulaşmasını önlemek için) koruyucu gaz olarak kullanılır. Helyumun ayrıca yarı iletken ve optik fiber üretimi gibi diğer kritik uygulamaları da vardır. Ek olarak, derin dalışlarda kan dolaşımında nitrojen kabarcıklarının oluşmasını önleyerek dalış hastalığını engellemek için nitrojenin yerini alabilir.

Küresel Helyum Satış Hacmi (2016-2027)

Küresel helyum pazarı 2020 yılında 1825,37 milyon ABD dolarına ulaşmış olup, 2027 yılında yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) %5,65 (2021-2027) ile 2742,04 milyon ABD dolarına ulaşması beklenmektedir. Sektör önümüzdeki yıllarda büyük belirsizliklerle karşı karşıyadır. Bu makaledeki 2021-2027 tahmin verileri, son birkaç yılın tarihsel gelişimine, sektör uzmanlarının ve analistlerin görüşlerine dayanmaktadır.

Helyum endüstrisi oldukça yoğunlaşmış bir sektördür, doğal kaynaklardan elde edilir ve başta Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Katar ve Cezayir olmak üzere sınırlı sayıda küresel üreticiye sahiptir. Dünya genelinde tüketici sektörü Amerika Birleşik Devletleri, Çin ve Avrupa gibi ülkelerde yoğunlaşmıştır. Amerika Birleşik Devletleri bu sektörde uzun bir geçmişe ve sarsılmaz bir konuma sahiptir.

Birçok şirketin birden fazla fabrikası vardır, ancak bunlar genellikle hedef tüketici pazarlarına yakın değildir. Bu nedenle, ürünün nakliye maliyeti yüksektir.

İlk beş yıldan beri üretim çok yavaş bir şekilde arttı. Helyum yenilenebilir olmayan bir enerji kaynağıdır ve üretici ülkelerde kullanımının devamlılığını sağlamak için politikalar uygulanmaktadır. Bazıları helyumun gelecekte tükeneceğini öngörüyor.

Sektörün ithalat ve ihracat oranı yüksektir. Hemen hemen tüm ülkeler helyum kullanır, ancak sadece birkaçının helyum rezervi vardır.

Helyumun geniş bir kullanım alanı vardır ve giderek daha fazla alanda kullanılabilir hale gelecektir. Doğal kaynakların kıtlığı göz önüne alındığında, helyuma olan talebin gelecekte artması muhtemeldir ve bu da uygun alternatifleri gerektirecektir. Helyum fiyatlarının 2021'den 2026'ya kadar yükselmeye devam etmesi ve 2020'deki 13,53 $/m³'ten 2027'de 19,09 $/m³'e çıkması beklenmektedir.

Sektör, ekonomi ve politikalardan etkilenmektedir. Küresel ekonomi toparlandıkça, özellikle büyük nüfuslu ve hızlı ekonomik büyüme gösteren az gelişmiş bölgelerde, çevre standartlarının iyileştirilmesi konusunda giderek daha fazla insan endişe duymakta ve bu da helyum talebini artıracaktır.

Şu anda başlıca küresel üreticiler arasında Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Danimarka) ve Gazprom (Rusya) gibi şirketler yer almaktadır. 2020 yılında, ilk 6 üreticinin satış payı %74'ü aşacaktır. Önümüzdeki birkaç yıl içinde sektördeki rekabetin daha da yoğunlaşması beklenmektedir.

HL Kriyojenik Ekipman

Sıvı helyum kaynaklarının kıtlığı ve artan fiyatı nedeniyle, sıvı helyumun kullanım ve taşıma süreçlerinde kayıpların azaltılması ve geri kazanımının sağlanması büyük önem taşımaktadır.

1992 yılında kurulan HL Cryogenic Equipment, HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.'ye bağlı bir markadır. HL Cryogenic Equipment, müşterilerinin çeşitli ihtiyaçlarını karşılamak üzere Yüksek Vakum Yalıtımlı Kriyojenik Borulama Sistemi ve ilgili Destek Ekipmanlarının tasarım ve üretimini üstlenmiştir. Vakum Yalıtımlı Boru ve Esnek Hortum, yüksek vakum ve çok katmanlı çok ekranlı özel yalıtım malzemelerinden üretilir ve bir dizi son derece sıkı teknik işlem ve yüksek vakum işleminden geçirilir. Bu ürünler, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, sıvılaştırılmış etilen gazı (LEG) ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) transferinde kullanılır.

HL Kriyojenik Ekipman Şirketi'nin son derece sıkı teknik işlemlerden geçirilmiş Vakum Ceketli Boru, Vakum Ceketli Hortum, Vakum Ceketli Vana ve Faz Ayırıcı ürün serisi, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, LEG ve LNG'nin transferinde kullanılır ve bu ürünler, hava ayrıştırma, gazlar, havacılık, elektronik, süperiletken, çip, otomasyon montajı, gıda ve içecek, eczacılık, hastane, biyobanka, kauçuk, yeni malzeme üretimi, kimya mühendisliği, demir-çelik ve bilimsel araştırma gibi sektörlerdeki kriyojenik ekipmanlara (örneğin kriyojenik tanklar, dewarlar ve soğuk kutular vb.) hizmet vermektedir.

HL Cryogenic Equipment Company, Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani ve Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) gibi firmaların yetkili tedarikçisi/satıcısı olmuştur.