El helio es difícil de reemplazar
(construction-physics.com)- El helio solo puede obtenerse como subproducto de la extracción de gas natural, por lo que es muy vulnerable a los conflictos geopolíticos y a las disrupciones en la cadena de suministro
- Se utiliza como recurso esencial en MRI, semiconductores, fibra óptica, industria aeroespacial e investigación científica gracias a sus propiedades de enfriamiento ultracriogénico e inercia química
- En usos como la litografía EUV y el enfriamiento de imanes superconductores, no existe un gas sustituto debido a sus propiedades físicas
- En algunos sectores se está reduciendo el consumo mediante sistemas de reciclaje, pero una sustitución completa es imposible
- Como el suministro de helio está directamente vinculado a la producción de gas natural, las regulaciones ambientales y los retrasos en la expansión de infraestructura provocan inseguridad de suministro a largo plazo
Cadena de suministro del helio y su carácter irremplazable
- La guerra con Irán y el bloqueo del estrecho de Ormuz afectan gravemente no solo al petróleo, sino también a la cadena de suministro del helio
- El helio se produce como subproducto de la extracción de gas natural, y Catar representa alrededor de un tercio del suministro mundial
- El bloqueo del estrecho disparó los precios del helio, y los proveedores declararon fuerza mayor (force majeure)
- La reserva estratégica de helio que mantenía el gobierno de EE. UU. se vendió por completo en 2024
Propiedades del helio y estructura de producción
- El helio es el segundo elemento más ligero después del hidrógeno y el segundo más abundante del universo
- En la atmósfera terrestre, al ser tan ligero, escapa al espacio, por lo que solo puede extraerse comercialmente de yacimientos subterráneos de gas natural
- Se genera por la desintegración radiactiva del uranio y el torio y se acumula en bolsas de gas durante millones de años
- EE. UU. y Catar producen alrededor de dos tercios del total mundial, y el resto proviene de Rusia, Argelia, Canadá, China y Polonia, entre otros
- El helio es el elemento con el punto de ebullición más bajo: 4.2 K (-452 °F)
- Puede permanecer en estado líquido incluso cerca del cero absoluto, por lo que es esencial para el enfriamiento ultracriogénico
- Sus propiedades de inercia química, alta conductividad térmica y ligereza lo hacen útil en múltiples industrias
Principales usos industriales del helio
- El consumo anual mundial es de aproximadamente 180 millones de m³; aunque es menor que el del nitrógeno o el gas natural, sigue siendo un recurso crítico e irremplazable
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Equipos de MRI
- Representan alrededor del 17% del consumo de helio en EE. UU.
- Se utiliza para el enfriamiento de imanes superconductores, y los imanes de NbTi solo mantienen la superconductividad hasta 9.2 grados por encima del cero absoluto
- Antes había pérdidas de 0.4 litros por hora, pero hoy los diseños de “zero boil-off” casi eliminan la necesidad de recarga
- Existen algunos MRI con superconductores de alta temperatura, pero la mayoría de los 50 mil equipos MRI siguen dependiendo del helio
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Industria de semiconductores
- Consume alrededor del 25% del helio mundial y cerca del 10% en EE. UU.
- Se usa en el crecimiento de silicio por el método Czochralski, la litografía EUV, la limpieza de cámaras de vacío y la detección de fugas
- En los equipos EUV, el helio es insustituible porque casi no absorbe la radiación EUV
- Según informes de la industria, se espera que el uso de helio se multiplique por 5 para 2035
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Fabricación de fibra óptica
- Consume entre 5% y 6% del helio mundial
- Se usa como gas de enfriamiento para evitar la formación de burbujas al unir el núcleo y el revestimiento de vidrio
- No hay otros gases que puedan sustituirlo
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Gas de purga
- Se utiliza en la industria aeroespacial para limpiar tanques de hidrógeno líquido y oxígeno líquido
- La NASA es el mayor consumidor de helio en EE. UU., con alrededor del 7% del consumo total
- Su bajo punto de ebullición y su inercia química dificultan reemplazarlo por otros gases
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Gas de sustentación
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Se utiliza en dirigibles y globos, y representa alrededor del 18% del consumo en EE. UU.
- Es más seguro que el hidrógeno, pero cuando hay escasez de suministro su precio es muy volátil
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Investigación científica e instrumentación
- Representa alrededor del 22% del consumo en EE. UU.
- Es indispensable para equipos ultracriogénicos o de alta precisión como imanes superconductores, SQUID y espectrómetros de masas
- También se usa en grandes instalaciones de investigación como el LHC del CERN
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Soldadura
- Representa alrededor del 8% del uso en EE. UU.
- Gracias a su inercia química y alta conductividad térmica, es adecuado como gas de protección para resguardar metal fundido
- En muchos lugares fuera de EE. UU. se sustituye por argón
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Buceo
- Representa alrededor del 5% del uso en EE. UU.
- Se incluye en las mezclas respiratorias para buceo profundo (Trimix) para evitar la narcosis por nitrógeno
- Fuera del helio, solo el neón puede sustituirlo parcialmente, pero su alta resistencia respiratoria lo hace poco práctico
Esfuerzos para ahorrar y reciclar helio
- En algunos sectores se está reduciendo el consumo mediante gases alternativos o sistemas de reciclaje
- La reducción de pérdidas en equipos MRI y la introducción de sistemas de reciclaje por parte de la NASA hicieron que el uso en el sector aeroespacial bajara de 18.2 millones de m³ (26%) en 2010 a 4 millones de m³ (7%)
- Sin embargo, la mayor parte del helio en EE. UU. sigue sin recuperarse, y el reciclaje podría permitir ahorros de más del 90%
- Una sustitución completa es imposible, y se considera un recurso en el que sí puede reducirse el uso, pero es difícil eliminarlo
Restricciones de suministro e implicaciones de política pública
- El suministro de helio está directamente ligado al volumen de producción de gas natural
- La forma más directa de asegurar nuevo helio es expandir la extracción de gas natural
- En EE. UU. existen reservas de gas sin desarrollar en Alaska, el golfo de México y el shale de Marcellus, entre otras
- Sin embargo, por las regulaciones ambientales y los retrasos en permisos, la aprobación de nuevos proyectos suele tardar más de 10 años
- Las restricciones en el suministro de helio y gas natural generan volatilidad de precios y riesgos de seguridad
- Por ello, la intervención de políticas públicas y la expansión de infraestructura son tareas clave para estabilizar el suministro
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Menos del 10% de las plantas de gas natural recuperan helio y el resto se libera a la atmósfera
Esto no es un problema de física, sino de ingeniería y viabilidad económica
Producir helio con fusión nuclear no es realista, pero un futuro donde se disparen protones al hidrógeno para llenar globos suena totalmente a ciencia ficción
El helio es un gas inerte, así que no hay moléculas descomponibles de las que obtenerlo, y conseguirlo por desintegración radiactiva también tiene límites
Creo que las empresas no actúan con una visión de largo plazo por la estructura de bonos e incentivos
No me preocupa la escasez de helio
Técnicamente se puede extraer bien; el problema es la rentabilidad
Si el precio sube, aumentará la inversión y la oferta terminará respondiendo
Ahora mismo, la previsión de demanda y los costos de inversión no cuadran, así que no resulta rentable
Con un crecimiento anual del 3%, se agotarían en 80 a 140 años; con 5%, en 50 a 90 años
Decir “yo no me preocupo” al final no es más que una visión egoísta entre generaciones
Hace poco escuché una entrevista a un productor de helio en el podcast Odd Lots de Bloomberg
Hablan de la estructura del mercado del helio y de los problemas de suministro
Cuando mi hijo sufrió un ataque de asma severo, la terapia con helio le salvó la vida
El médico habló del problema de la escasez de helio y dijo que detesta el helio para globos
Ahí sentí de verdad que es un recurso muy valioso
Con solo reducir los usos sustituibles, como soldadura, sustentación y gases de purga, se podría compensar toda la producción de Qatar
Si además se suma el reciclaje, el problema de suministro podría aliviarse bastante
Se están haciendo experimentos para reemplazar parte del helio por hidrógeno en mezclas de gases para buceo
El riesgo de incendio y los efectos fisiológicos todavía no están claros, pero podría tener potencial en buceo comercial, militar y de exploración
Es poco probable que los buzos recreativos comunes usen hidrógeno
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Si se mejora la precisión de los brazos robóticos operados a distancia, podrían reemplazarlos suficientemente bien
El episodio del podcast Odd Lots estuvo interesante
Trata la historia de cómo EE. UU. vendió a precio de remate su reserva estratégica de helio diciendo que era “para globos”, y las dificultades de producción, refinamiento y transporte del helio
En ese momento, el valor estratégico del helio era bajo, y durante la Guerra Fría uno de sus usos principales eran los globos militares de reconocimiento
Después nadie imaginó que se volvería un recurso indispensable para la litografía de semiconductores
Al usar la reserva estratégica como si fuera una fuente de suministro permanente y mantener artificialmente bajos los precios, se llegó a la escasez actual
Lo que más me preocupa es la dependencia de la litografía EUV
Los MRI redujeron su consumo en más del 90% con diseños de cero evaporación, pero en los procesos de semiconductores el uso de helio por oblea más bien está aumentando
Esto no es un problema de reciclaje, sino de aumento de la demanda
Las consecuencias económicas de una disrupción en la cadena de suministro del helio podrían durar décadas
Me preocupa especialmente que haya muy poca gente en EE. UU. que entienda la gravedad de este problema
Me recordó al ensayo The Vanishing Element de Asimov, que leí en los años 80
Advertía que, una vez liberado a la atmósfera, el helio es un recurso que se pierde en el espacio
Se siente como si esa profecía se hubiera vuelto realidad
En la atmósfera se mezcla con el aire y solo una parte alcanza la velocidad de escape
Parte se pierde en el espacio por factores complejos, como el viento solar, pero el mecanismo exacto sigue siendo objeto de debate