Weltweite Heliumknappheit
Wer aktuell Flüssighelium zukaufen will, muss tief in die Tasche greifen. Die Preise sind innerhalb der letzten 12 Monate empfindlich gestiegen. Seit der zweiten Jahreshälfte 2021 hat sich das Angebot an Helium deutlich verknappt. Auslöser waren viermonatige Wartungsarbeiten an der amerikanischen Gasverarbeitungsanlage Cliffside in Texas. Die Hoffnung, dass der Produktionsausfall von der russischen Amur Anlage aufgefangen werden kann, hat sich schon damals – vor dem Krieg gegen die Ukraine – nicht erfüllt. Amur, eine der größten Anlagen für Heliumgas weltweit, wurde im September 2021 in Betrieb genommen. Sie sollte eine jährliche Kapazität von zunächst 20 Mio. Kubikmeter Gas pro Jahr erreichen und bis 2025 erweitert werden. Wegen zweier Brände im Oktober und Januar steht die Heliumproduktion allerdings still. Auch wenn russisches Helium bisher keinen Sanktionen unterliegt, ist anzunehmen, dass die bestehenden Exportsanktionen die Reparatur der Anlage verzögern. Ein Ende der aktuellen Heliumknappheit ist daher noch nicht abzusehen.
Helium wird in zahlreichen industriellen Anwendungen benötigt. Nur etwa 10% des Heliums wird im Wissenschaftsbetrieb verbraucht.
Typische Anwendungen für Helium sind:
- Schutzgas zum Schweißen
- Bestandteil des Atemgases für Taucher und andere unter Druck arbeitende Personen
- Kryotechnik in der Forschung
- Magnetresonanztomographie in der Medizin
- Lecksuche
- Schutzgas bei der Züchtung von Silizium- und Germaniumkristallen, sowie bei der Herstellung von Titan und Zirkonium
- Kühlmittel für Nuklearreaktoren
- Rüstungstechnik (Gas für Überschallwindkanäle, Hochgeschwindigkeits-Schubgas in Raketen für Lenkungskorrekturen, Druckmittel für Flüssigtreibstoffraketen, Simulationen von Nukleardetonationen mit konventionellen Sprengstoffen)
- Luftschiffe für die Grenzüberwachung
Die großen Heliumanbieter geben aktuell nur noch eingeschränkt Liefergarantien. Institute, welche keinen bestehenden Liefervertrag haben, müssen bis zu 75 EUR/Liter für Flüssighelium zahlen. Das stellt insbesondere Universitäten vor Herausforderungen, da die sprunghaft steigenden Kosten für Helium in den aktuellen Budgets nicht berücksichtigt sind.
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Kosten in den Griff zu bekommen: Der Einsatz von Kryostaten mit geschlossenem Heliumkreislauf und die Installation von Heliumrückgewinnungsanlagen. Beide Wege sind zunächst mit größeren Investitionskosten verbunden.
Kryostate mit geschlossenem Kreislauf haben Vorteile für den automatisierten Betrieb von Experimenten, erhöhen deren maximale Dauer und die Heliumlogistik entfällt. Der Nachteil ist die tendenziell geringere Kühlleistung und höhere Basistemperatur. Je nach Ausführung und Experiment, können auch erhöhte Vibrationen ein Nachteil sein. Für vibrationsempfindliche Messungen gibt es bestimmte Modelle wie das CryoAdvance (Montana Instruments) oder das OptiCool (Quantum Design) welche ein Vibrationslevel von wenigen Nanometern haben. Für die große Mehrheit der gängigen Experimente kann ein Kryostat mit geschlossenem Kreislauf eingesetzt werden.
Heliumproduktion 2021 [1]:
| Quelle | Mio. Kubikmeter/Jahr (gerundet) |
| USA | 77 |
| Algerien | 14 |
| Australien | 4 |
| Kanada | 1 |
| China | 1 |
| Polen | 1 |
| Qatar | 51 |
| Russland | 9 |
Um bestehende nasse Kryostate weiter zu betreiben kann eine Heliumrückgewinnung, entweder als Labor/Institutsweite Anlage ausgeführt werden, oder als lokale Lösung für einen einzelnen Kryostaten. Mit einem Recirculating Gas Cooler (Lake Shore, ehemals Janis) kann ein Flusskryostat mit einem geschlossenen Kreislauf erweitert werden, so dass kein Helium mehr nachgefüllt werden muss. Der NexGen Heliumverflüssiger (Quantum Design) ist ein kompaktes System, welches sich bereits ab zwei Kryostaten lohnen kann. Der Verflüssiger wird direkt im Labor installiert, ist kaum größer als ein Transport-Dewar und kann leicht durch das vorhandene Personal bedient werden.
Wenn Sie unabhängig von externer Heliumversorgung werden wollen, sprechen Sie uns an! Quantum Design Europe plant, installiert und wartet Anlagen zur Heliumrückgewinnung und Verflüssigung. Dazu haben wir die europaweit größte Auswahl an Kryostaten mit geschlossenem Heliumkreislauf.
[1] https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2022/mcs2022-helium.pdf
