ייתכן שמשבר האספקה הנוכחי של ההליום נמצא בפני פתרון. צוות חוקרים מאוניברסיטת אוקספורד הציע מודל חדש, שמסביר את קיומם של מאגרים עשירים בהליום, כפי שטרם נעשה עד כה. ממצאי המחקר, עשויים לסייע באיתור מאגרים לא מנוצלים של הליום נגיש ועל הדרך לסייע גם בהפקת מימן.
הליום - גז חיוני הן לרפואה והן לתעשייה - נמצא במחסור קריטי ברחבי העולם, אולם תהליך הפקתו קשור לפליטה של פחמן דו חמצני, גז חממה שתורם להחמרת שינויי האקלים. מחקר זה, שממצאיו פורסמו בכתב העת Nature, מספק מושג חדש ביצירת שדות גז כדי להסביר מדוע, במקומות נדירים, הליום מצטבר באופן טבעי בריכוזים גבוהים ממש מתחת לפני כדור הארץ.
3 צפייה בגלריה
הליום זוהר בנוכחות כדור פלזמה
(צילום: Oliver Warr, University of Ottawa; AEL AMS Laboratory)
הממצאים עשויים לסייע באיתור מאגרים חדשים של הליום נטול פחמן - וייתכן שגם מימן. "המודל שלנו מראה את החשיבות של התחשבות בדיפוזיה הגבוהה של הליום ובטווחי הזמן הארוכים הדרושים לצבירת כמויות גז משמעותיות, וכן את העובדה שהמערכת הגיאולוגית כולה פועלת באופן דינמי כדי להשפיע על התהליך. המודל הזה מספק פרספקטיבה חדשה כדי לעזור ולזהות את הגורמים הסביבתיים שמאטים את ייצור ההליום באופן שמספיק מכדי שיצטבר בכמויות מסחריות", אמרה ד"ר אנרן צ'נג מהמחלקה למדעי כדור הארץ באוניברסיטת אוקספורד, המחברת הראשית של המחקר.
היכן שנמצאו שדות גז תת-קרקעיים נדירים עשירים בהליום, נמצאים גם ריכוזים גבוהים של גז חנקן. עד כה לא היה הסבר לכך, אך המחקר הזה, שעל מחבריו נמנו גם חוקרים מאוניברסיטת טורונטו ומאוניברסיטת דרהאם, מספק לכך את התשובה. המחברים זיהו למעשה את התנאים הגיאולוגיים שבהם ריכוז החנקן הופך גבוה מספיק כדי ליצור בועות גז בחללים המיקרוסקופיים של נקבוביות הסלע.
3 צפייה בגלריה
ד"ר אנרן צ'נג (משמאל) ופרופ' כריס באלנטיין מכינים את ציוד המעבדה למדידת איזוטופים של הליום בדגימות גיאולוגיות
(צילום: Sarah Hilton)
תהליך כזה יכול לקחת מאות מיליוני שנים, אבל כשהוא קורה ההליום הקשור בו בורח מהמים לתוך בועות הגז. הבועות הללו עולות אל פני השטח, בגלל הציפה, עד שהן פוגעות בסלע שלא מאפשר להן לעבור, כך שהן מצטברות בכמות גדולה ויוצרות שדה גז משמעותי. הגזים העשירים בחנקן ובהליום אינם מכילים מתאן או פחמן דו חמצני ולכן הקשה עליהם אינה משחררת פליטה של גז חממה מזהם. כאשר החוקרים יישמו את המודל על אגן וויליסטון (Williston Basin) בצפון אמריקה, תוך שימוש בערכי ריכוז חנקן צפויים, הם הבינו כי המודל חוזה את הפרופורציות של חנקן/הליום שנצפו במציאות. על כן, המודל יכול לעזור לזהות אזורים שעשויים להכיל מרבצים דומים עשירים בהליום במקומות אחרים בעולם.
שוק ההליום נאמד בכ-6 מיליארד דולר, כאשר הגז חיוני בין היתר להפעלת סורקי MRI, ייצור שבבי מחשב וסיבים אופטיים, וכן ליישומים גרעיניים וקריוגניים מתקדמים. המחסור העולמי הנוכחי הוביל את האספקה של ההליום כמעט לנקודת משבר, כשהמחירים זינקו בשנים האחרונות בהתאם. המצב רק החמיר עם פרוץ המלחמה באוקראינה, מכיוון שהלחימה בשטח עצרה את אספקת ההליום ממפעל של התאגיד הרוסי גזפרום, שנבנה כדי לספק 35% מהביקוש העולמי להליום. בנוסף, כמעט כל ההליום כיום הוא תוצר לוואי של ייצור מתאן או פחמן דו חמצני, מה שגורם לטביעת רגל פחמנית משמעותית ומעכב את השאיפות להשיג אפס פליטות נטו של פחמן דו חמצני עד 2050. על כן, כל הסיבות הללו יחד הביאו לכך שזיהוי מקורות חלופיים של הליום טבעי נטול פחמן דו חמצני הפך להיות חשוב ביותר.
3 צפייה בגלריה
הציוד שבו השתמשו החוקרים למדידת איזוטופים של הליום בדגימות גיאולוגיות
(צילום: Ian Wallman)
המודל החדש מציע בנוסף אזורים שבהם כמויות גדולות של גז מימן עשויות להצטבר מתחת לאדמה, שכן הרדיואקטיביות המייצרת הליום רלוונטית גם ליצירת מימן. עם שוק עולמי של 135 מיליארד דולר, מימן משמש כיום בין היתר ליצירת דשן ולייצור תרכובות רבות החיוניות לתעשיית המזון, הפטרוכימיה והתרופות. כמעט כל גז המימן מופק כיום מפחם וגז טבעי (מתאן), וזה לבדו מהווה 2.3% מפליטת הפחמן דו חמצני העולמית, כך שמרבצים תת-קרקעיים עשירים במימן יכולים לספק מקור חלופי נטול פחמן דו חמצני, בדומה להליום.
"כמות המימן שנוצרה על ידי הקרום היבשתי במהלך מיליארד השנים האחרונות יכולה להניע את צורכי האנרגיה של החברה במשך למעלה מ-100 אלף שנים", אמר פרופ' כריס באלנטיין מהמחלקה למדעי כדור הארץ באוניברסיטת אוקספורד, שנמנה על מחברי המחקר. "הרבה מהמימן הזה נפלט, הגיב כימית או נוצל על ידי חיידקים תת-קרקעיים - אבל אנחנו יודעים מחקר הגז במקומות עמוקים בתת הקרקע ברחבי העולם שחלק מהמימן הזה אכן מאוחסן מתחת לאדמה בכמויות משמעותיות", הוסיפה פרופ' ברברה שרווד לולאר מהמחלקה למדעי כדור הארץ באוניברסיטת טורונטו, שגם כן לקחה חלק במחקר הנוכחי. "הבנה חדשה זו של הצטברות הליום מספקת צעד ראשון בדרך לזיהוי המיקום המדויק של כמויות הליום ומימן משמעותיות", סיכם פרופ' ג'ון גלויאס מהמחלקה למדעי כדור הארץ באוניברסיטת דרהאם), שהיה שותף מחקר החדש.
