Helyum, sembolü He ve atom numarası 2 olan kimyasal bir elementtir. Nadir bulunan bir atmosfer gazıdır; renksiz, tatsız, zehirsiz, yanıcı değildir ve suda çok az çözünür. Atmosferdeki helyum konsantrasyonu hacimce %5,24 x 10-4'tür. Tüm elementler arasında en düşük kaynama ve erime noktasına sahiptir ve aşırı soğuk koşullar dışında sadece gaz halinde bulunur.

Helyum öncelikle 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 Sıcaklıklı Soğuk Kaynağı

Helyum, manyetik rezonans görüntüleme (MRG), nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, süperiletken kuantum parçacık hızlandırıcısı, büyük hadron çarpıştırıcısı, interferometre (SQUID), elektron spin rezonansı (ESR) ve süperiletken manyetik enerji depolama (SMES), MHD süperiletken jeneratörler, süperiletken sensör, güç iletimi, maglev taşımacılığı, kütle spektrometresi, süperiletken mıknatıs, güçlü manyetik alan ayırıcıları, füzyon reaktörleri ve diğer kriyojenik araştırmalar için halkasal alan süperiletken mıknatıslar gibi kriyojenik soğutma kaynakları için kriyojenik bir soğutucu olarak kullanılır. Helyum, kriyojenik süperiletken malzemeleri ve mıknatısları neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutur ve bu noktada süperiletkenin direnci aniden sıfıra düşer. Bir süperiletkenin çok düşük direnci daha güçlü bir manyetik alan oluşturur. Hastanelerde kullanılan MR ekipmanlarında, daha güçlü manyetik alanlar radyografik görüntülerde daha fazla ayrıntı üretir.

Helyumun süper soğutucu olarak kullanılmasının nedeni, helyumun en düşük erime ve kaynama noktalarına sahip olması, atmosfer basıncında ve 0 K'de katılaşmaması ve kimyasal olarak inert olması, dolayısıyla diğer maddelerle reaksiyona girmesinin neredeyse imkansız olmasıdır. Ayrıca, helyum 2,2 Kelvin'in altında süper akışkan hale gelir. Şimdiye kadar, bu benzersiz ultra hareketlilikten hiçbir endüstriyel uygulamada yararlanılmamıştır. 17 Kelvin'in altındaki sıcaklıklarda, kriyojenik kaynakta soğutucu olarak helyumun yerini tutacak bir alternatif yoktur.

Havacılık ve Uzay Bilimleri

Helyum ayrıca balonlarda ve zeplinlerde de kullanılır. Helyum havadan daha hafif olduğu için zeplinler ve balonlar helyumla doldurulur. Helyumun yanıcı olmaması avantajına rağmen, hidrojen daha yüzerdir ve zardan daha düşük bir kaçış oranına sahiptir. Bir diğer ikincil kullanım alanı ise roket teknolojisidir; burada helyum, depolama tanklarında yakıt ve oksitleyicinin yerini almak ve roket yakıtı yapmak için hidrojen ve oksijeni yoğunlaştırmak için bir kayıp ortamı olarak kullanılır. Ayrıca, fırlatma öncesinde yer destek ekipmanından yakıt ve oksitleyiciyi çıkarmak ve uzay aracında sıvı hidrojeni önceden soğutmak için de kullanılabilir. Apollo programında kullanılan Satürn V roketinin fırlatılması için yaklaşık 370.000 metreküp (13 milyon fit küp) helyum gerekiyordu.

Boru Hattı Sızıntısı Tespiti ve Tespit Analizi

Helyumun bir diğer endüstriyel kullanım alanı da 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 hazneye yerleştirilir, ardından boşaltılır ve helyumla doldurulur. 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) gibi düşük sızıntı hızlarında bile, sızıntıdan kaçan helyum hassas bir cihaz (helyum kütle spektrometresi) tarafından 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 olması ve tek atomlu bir molekül olması nedeniyle sızıntı tespitinde kullanılır, bu nedenle kolayca sızar. 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, elektronik cihazlarda, 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 tespiti için helyum yerine hidrojen, azot veya hidrojen ve azot karışımı kullanılabilir.

Kaynak ve Metal İşleme

Helyum gazı, diğer atomlardan daha yüksek iyonlaşma potansiyel enerjisine sahip olması nedeniyle ark kaynağı ve plazma ark kaynağında koruyucu gaz olarak kullanılır. Kaynak etrafındaki helyum gazı, metalin erimiş halde 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 (titanyum helyum gibi) plazma ark kaynağı için değiştirilemez. Çünkü helyum, yüksek sıcaklıklarda güvenli olan tek gazdır.

En aktif geliştirme alanlarından biri paslanmaz çelik kaynakçılığıdır. Helyum, inert bir gazdır, yani diğer maddelerle temas ettiğinde herhangi bir kimyasal reaksiyona girmez. Bu özellik, kaynak koruma gazlarında özellikle önemlidir.

Helyum ayrıca ısıyı iyi iletir. Bu nedenle, kaynağın ıslanabilirliğini artırmak için daha yüksek ısı girişinin gerekli olduğu kaynaklarda yaygın olarak kullanılır. Helyum ayrıca hızlandırmada da faydalıdır.

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

Sonuç olarak, metal üreticileri genellikle çalışma süreçlerinin bir parçası olarak argon ve helyum karışımını değerlendirir. Gaz korumalı metal ark kaynağında, helyum/argon karışımındaki gaz karışımının %25 ila %75'i helyumdan oluşabilir. Kaynakçı, koruyucu gaz karışımının bileşimini ayarlayarak kaynağın ısı dağılımını etkileyebilir ve bu da kaynak metalinin kesit şeklini ve kaynak hızını etkiler.

Elektronik Yarı İletken Endüstrisi

İnert bir gaz olan helyum, diğer elementlerle neredeyse hiç reaksiyona girmeyecek kadar kararlıdır. Bu özelliği, ark kaynağında (havadaki oksijenin kirlenmesini önlemek için) bir kalkan olarak kullanılmasını sağlar. Helyumun ayrıca yarı iletkenler ve optik fiber üretimi gibi başka kritik uygulamaları da vardır. Ayrıca, derin dalışlarda kan dolaşımında azot kabarcıklarının oluşumunu önleyerek dalış hastalıklarını önleyerek azotun yerini alabilir.

Küresel Helyum Satış Hacmi (2016-2027)

Küresel helyum pazarı 2020 yılında 1.825,37 milyon ABD dolarına ulaştı ve 2027 yılında %5,65 bileşik yıllık büyüme oranıyla (CAGR) 2.742,04 milyon ABD dolarına ulaşması bekleniyor (2021-2027). Sektörün önümüzdeki yıllarda büyük bir belirsizliği var. Bu makaledeki 2021-2027 tahmin verileri, geçmiş birkaç yılın tarihsel gelişimine, sektör uzmanlarının görüşlerine ve bu makaledeki analistlerin görüşlerine dayanmaktadır.

Helyum endüstrisi, doğal kaynaklardan elde edilen oldukça yoğun bir üretime sahiptir ve küresel üreticileri çoğunlukla Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Katar ve Cezayir'de olmak üzere sınırlıdır. Dünyada ise tüketici sektörü Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Avrupa ve diğer ülkelerde yoğunlaşmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'nin sektörde uzun bir geçmişi ve sarsılmaz bir konumu vardır.

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

İlk beş yıldan bu yana üretim çok yavaş arttı. Helyum yenilenemeyen bir enerji kaynağıdır ve üretici ülkelerde sürekli kullanımını sağlamak için politikalar uygulanmaktadır. Bazıları helyumun gelecekte tükeneceğini öngörüyor.

Sektörün ithalat ve ihracat oranı yüksektir. Hemen hemen tüm ülkeler helyum kullanmaktadır, ancak sadece birkaç ülkede helyum rezervi bulunmaktadır.

Helyumun geniş bir kullanım alanı vardır ve giderek daha fazla alanda bulunacaktır. Doğal kaynakların kıtlığı göz önüne alındığında, gelecekte helyuma olan talebin artması muhtemeldir ve bu da uygun alternatiflere ihtiyaç duyulmasına neden olacaktır. Helyum fiyatlarının 2021'den 2026'ya kadar 13,53 ABD doları/m3'ten (2020) 19,09 ABD dolarına (2027) yükselmeye devam etmesi beklenmektedir.

Sektör, ekonomi ve politikalardan etkileniyor. Küresel ekonomi toparlandıkça, özellikle kalabalık nüfusa ve hızlı ekonomik büyümeye sahip az gelişmiş bölgelerde çevre standartlarının iyileştirilmesi konusunda giderek daha fazla insan endişe duyuyor ve helyum talebi artacak.

Şu anda önde gelen küresel üreticiler arasında Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) ve Gazprom (Ru) bulunmaktadır. 2020 yılında, ilk 6 üreticinin satış payı %74'ü aşacaktır. Sektördeki rekabetin önümüzdeki birkaç yıl içinde daha da yoğunlaşması beklenmektedir.

HL Kriyojenik Ekipman

Sıvı helyum kaynaklarının kıtlığı ve fiyatlarının artması nedeniyle, sıvı helyumun kullanımı ve taşınması sürecinde kayıp ve geri kazanımın azaltılması önem taşımaktadır.

1992 yılında kurulan HL Cryogenic Equipment, HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.'ye bağlı bir markadır. HL Cryogenic Equipment, müşterilerin çeşitli ihtiyaçlarını karşılamak üzere Yüksek Vakum Yalıtımlı Kriyojenik Boru Sistemi ve ilgili Destek Ekipmanlarının tasarımına ve üretimine kendini adamıştır. Vakum Yalıtımlı Boru ve Esnek Hortum, yüksek vakum ve çok katmanlı, çok ekranlı özel yalıtımlı malzemelerden üretilmiş olup, bir dizi son derece sıkı teknik işlemden ve yüksek vakum işleminden geçer. Bu işlem, sıvı oksijen, sıvı nitrojen, 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 geçen Vakum Ceketli Boru, Vakum Ceketli Hortum, Vakum Ceketli Vana ve Faz Ayırıcı ürün serileri, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, LEG ve LNG'nin transferinde kullanılır ve bu ürünler hava ayırma, gazlar, havacılık, elektronik, süper iletken, çipler, otomasyon montajı, gıda & içecek, eczacılık, hastane, biyobanka, kauçuk, yeni malzeme üretimi, kimya mühendisliği, demir & çelik ve bilimsel araştırma vb. sektörlerdeki kriyojenik ekipmanlar (örneğin kriyojenik tanklar, dewarlar ve soğuk kutular vb.) için servis edilir.

HL Kriyojenik Ekipman Şirketi, Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani ve Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) vb. şirketlerin kalifiye tedarikçisi/satıcısı haline gelmiştir.