Kyslík, dusík, vodík… Plynů, na kterých jsou naše životy závislé, je celá řada. A ač se to možná na první pohled nezdá, patří mezi ně také helium. To helium, které kondenzuje až při minus 269 stupních Celsia, má nízkou hustotu, nikdy nevzplane a za normálních atmosférických podmínek nezmrzne ani při teplotách blízkých absolutní nule. To helium, jehož zásoby, jak připomíná BBC, se pomalu, ale jistě tenčí.
Využití helia je velmi široké. Kromě nafukování dětských balonků, které každého napadne asi jako první, se používá především v kosmickém průmyslu pro chlazení satelitních přístrojů, k čištění raketových motorů či natlakování palivových nádrží vesmírných raket. V kondenzovaném stavu chladí zařízení ve Velkém hadronovém urychlovači částic v CERNu nebo supravodivé magnety ve skenerech běžné magnetické rezonance. Díky jeho nízké hustotě se jím plní též meteorologické balony a vzducholodě a potápěči se na něj spoléhají při kontrole dýchacích přístrojů.
Ohrožené dodávky vzácného plynu
Problémy s nedostatkem hélia nejsou ničím novým, ve skutečnosti k nim dochází opakovaně od roku 2006, přičemž například před třemi lety na ně poměrně významně doplatili chemici z Pacific Northwest National Laboratory ve Spojených státech. V důsledku tenčících se zásob inkriminovaného plynu musela laboratoř vypnout některé přístroje, což samozřejmě ohrozilo její experimenty.
Práce, kterou zde vědci provádějí, přitom rozhodně není druhořadá. Například jejich spektrometr nukleární magnetické rezonance, jediný svého druhu v Severní Americe, pomáhá analyzovat strukturu atomů. Tato měření pak mohou přispět k vývoji nových baterií a systémů pro ukládání energie nebo pomoci v boji proti emisím skleníkových plynů.
Nedostatek helia se však tehdy nedotkl jen výzkumníků. Téměř třetinu jeho celosvětové produkce spotřebují nemocnice, v nichž se používá k chlazení magnetů v důležitých diagnostických nástrojích. Nutný je také pro výrobu mikročipů nebo při svařování a tvoří nedílnou součást směsi plynů, která nafukuje bezpečnostní airbagy automobilů.
Rostoucí poptávka a geopolitické napětí
Špatnou zprávou je, že dodávky helia zůstávají nejisté i nadále, zatímco poptávka po něm pochopitelně roste. Někteří analytici v této souvislosti dokonce předpovídají, že do roku 2035 se nejen kvůli jeho klíčové roli při výrobě polovodičů a baterií pro elektromobily zdvojnásobí. A protože tento prvek s protonovým číslem 2 zatím lidé nedokážou vyrobit uměle, je jeho zásoba na Zemi v podstatě konečná.
Jako takové pochází helium pouze ze dvou zdrojů – vzniká při jaderných fúzích uvnitř hvězd, včetně našeho Slunce, a uvolňuje se při radioaktivním rozpadu v zemské kůře. To jinými slovy znamená, že jej lidstvo dnes získává jako vedlejší produkt při těžbě zemního plynu (což ale navíc dělá jen pár společností na světě).
Dalším problémem je, že kvůli samotné těžbě a spalování fosilních paliv helium postupně uniká do atmosféry a odtud dále do vesmíru, což přispívá k oslabení jeho zásob uvnitř zemské kůry. Právě proto je dodavatelský řetězec dotčeného plynu tak ohrožený.
Jen za uplynulých dvacet let byly zaznamenány čtyři velké celosvětové propady dodávek. Naposledy to bylo v roce 2022, když nedostatek helia nastal po sérii požárů v ruském závodu na zpracování plynu v oblasti Amuru na Sibiři. Válka na Ukrajině problém zhoršila, neboť zpomalila dodávky právě v době, kdy byla kvůli plánované údržbě odstavena továrna na helium v Kataru. Mezitím byla v USA v roce 2021 a znovu v lednu 2022 odstavena jednotka na obohacování surového helia, což vyřadilo přibližně 10 procent světové produkce. V důsledku toho se za pět let do roku 2023 cena vzácného plynu téměř zdvojnásobila a dosáhla historického maxima.
Sankce a rizikový prodej
Přestože se produkce helia od předloňského roku zvýšila, svět opět čelí riziku dalšího případného narušení dodávek, a proto jsou jeho ceny nadále velmi volatilní. Do jisté míry za to mohou i protiruské sankce uvalené Evropskou Unií, které jeho dovoz do zemí sedmadvacítky zapovídají, stejně jako loňský prodej největší zásobárny helia na světě v americkém Texasu do rukou soukromé společnosti.
USA po několik desetiletí dodávaly asi desetinu světové spotřeby helia z podzemních federálních zásob situovaných právě poblíž texaského města Amarillo. Loni v červnu však Úřad pro správu půdy prodal poslední dávku těchto zásob německé dodavatelské firmě Messer. A to navzdory varování různých organizací, podle kterých by něco takového mohlo ohrozit globální trh s heliem v důsledku potenciálního narušení dodavatelského řetězce a následně i samotnou nemocniční péči.
Recyklace a rekuperace
Nedávná analýza týmu vědců kolem Ankeše Siddhantakára naznačuje, že helium bude v příštích letech nabývat na geopolitickém významu právě i s ohledem na rostoucí poptávku po něm. Zhruba 46 procent celosvětových dodávek aktuálně pokrývají Spojené státy, následuje Katar s osmatřiceti procenty a Alžírsko s pěti. Jinými slovy, pokud by došlo k opětovnému přerušení dodávek z USA, dopady by pocítil celý svět. Co tedy s ním?
Dobrou zprávou je, že současná nejistota přiměla vědce i firmy hledat udržitelnější způsoby spotřeby tohoto chemického prvku. V jejich hledáčku je hlavně magnetická rezonance, protože její standardní přístroj potřebuje k chlazení supravodivých magnetů okolo 2000 litrů kapalného plynu. To se však musí občas doplňovat i proto, že dochází k jeho odpařování.
Na trhu již existuje nový typ inkriminovaného zařízení, k jehož provozu je třeba pouze jeden litr helia, problémem nicméně je jeho vysoká cena. Než by došlo k náhradě všech dosavadních přístrojů touto novou technologií, trvalo by to mnoho let. Navíc platí, že moderní typy skenerů vytvářejí jen asi poloviční magnetické pole než jejich výkonnější předchůdci, kteří jsou schopní zobrazit výsledek vyšetření rychleji a s jemnějšími detaily.
Nové zdroje na obzoru
Existují pochopitelně i další možnosti, jak problémy s nedostatkem helia vyřešit. Ať už pomocí nových supravodivých materiálů, či jeho recyklací. Některé rekuperační systémy dokážou odpařené helium zachytit a získat jej nazpět z až 90 procent. Podle propočtů vědců by se značné náklady na takový systém měly vrátit do šesti let, řada odborníků se však k nim staví skepticky, a to z toho důvodu, že instalace podobné technologie je kvůli složitému uspořádání trubek a sběračů časově náročná a komplikovaná.
Jistou úlevu by již relativně brzy mohl poskytnout Katar, který do roku 2027 plánuje otevření zbrusu nové nové „heliové“ továrny. Ovšem ani ostatní hráči na trhu nezahálejí a hledají dosud nevyužitá podzemní naleziště.
Konkrétně například v Tanzánii byla v roce 2016 objevena dosud největší světová zásoba helia, přičemž jeho produkce by v této africké zemi měla být zahájena ještě letos. Jde o první naleziště, které bylo objeveno cíleně a kde se bude helium získávat jako hlavní produkt, nikoli jen v rámci těžby zemního plynu. Další významné zásoby tohoto chemického prvku pak byly objeveny v čínské pánvi Po-chaj.
Vedoucí katedry geochemie na Oxford University Christopher Ballentine, který přispěl k vědeckému výzkumu a objevu tanzanského ložiska každopádně tento přílišný optimismus krotí. Je přesvědčen, že i tak půjde o běh na velmi dlouhou trať a že lidstvo ještě ani zdaleka nemá, co se problémů s nedostatkem helia týče, vyhráno. „Najít významná ložiska, která by pokryla rostoucí celosvětovou poptávku, vyžaduje značné finanční investice a dlouhou přípravnou fázi,“ tvrdí.
