L'elio è un elemento chimico con simbolo He e numero atomico 2. È un gas atmosferico raro, incolore, insapore, atossico, non infiammabile e solo leggermente solubile in acqua. La concentrazione di elio nell'atmosfera è di 5,24 x 10-4 in percentuale in volume. Ha i punti di ebollizione e fusione più bassi di qualsiasi altro elemento ed esiste solo allo stato gassoso, tranne in condizioni di freddo estremo.

L'elio viene trasportato principalmente come gassoso o liquido e viene utilizzato nei reattori nucleari, nei semiconduttori, nei laser, nelle lampadine, nella superconduttività, nella strumentazione, nei semiconduttori e nelle fibre ottiche, nella criogenia, nella risonanza magnetica e nei laboratori di ricerca e sviluppo.

La fonte fredda a bassa temperatura

L'elio viene utilizzato come refrigerante criogenico per sorgenti di raffreddamento criogeniche, come la risonanza magnetica per immagini (RMI), la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (RMN), l'acceleratore di particelle quantistiche superconduttive, il grande collisore di adroni, l'interferometro (SQUID), la risonanza di spin elettronico (ESR) e l'accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES), i generatori superconduttori MHD, i sensori superconduttori, la trasmissione di potenza, il trasporto a levitazione magnetica (maglev), lo spettrometro di massa, i magneti superconduttori, i separatori a campo magnetico potente, i magneti superconduttori a campo anulare per reattori a fusione e altre ricerche criogeniche. L'elio raffredda i materiali superconduttori criogenici e i magneti fino a valori prossimi allo zero assoluto, punto in cui la resistenza del superconduttore scende improvvisamente a zero. La bassissima resistenza di un superconduttore crea un campo magnetico più potente. Nel caso delle apparecchiature MRI utilizzate negli ospedali, campi magnetici più intensi producono immagini radiografiche più dettagliate.

L'elio viene utilizzato come superrefrigerante perché ha i punti di fusione e di ebollizione più bassi, non solidifica a pressione atmosferica e a 0 K, ed è chimicamente inerte, il che rende quasi impossibile la reazione con altre sostanze. Inoltre, l'elio diventa superfluido al di sotto di 2,2 Kelvin. Finora, questa straordinaria ultramobilità non è stata sfruttata in alcuna applicazione industriale. A temperature inferiori a 17 Kelvin, non esiste un sostituto dell'elio come refrigerante nella sorgente criogenica.

Aeronautica e Astronautica

L'elio viene utilizzato anche in palloni e dirigibili. Poiché l'elio è più leggero dell'aria, dirigibili e palloni vengono riempiti di elio. L'elio ha il vantaggio di essere non infiammabile, sebbene l'idrogeno abbia una maggiore galleggiabilità e una minore velocità di fuga dalla membrana. Un altro utilizzo secondario è nella tecnologia missilistica, dove l'elio viene utilizzato come mezzo di dispersione per sostituire il combustibile e l'ossidante nei serbatoi di stoccaggio e condensare idrogeno e ossigeno per produrre combustibile per razzi. Potrebbe anche essere utilizzato per rimuovere il combustibile e l'ossidante dalle attrezzature di supporto a terra prima del lancio e potrebbe preraffreddare l'idrogeno liquido nella navicella spaziale. Nel razzo Saturn V utilizzato nel programma Apollo, per il lancio erano necessari circa 370.000 metri cubi (13 milioni di piedi cubi) di elio.

Rilevamento e analisi delle perdite delle condotte

Un altro utilizzo industriale dell'elio è il rilevamento delle perdite. Il rilevamento delle perdite viene utilizzato per individuare perdite in sistemi contenenti liquidi e gas. Poiché l'elio diffonde attraverso i solidi tre volte più velocemente dell'aria, viene utilizzato come gas tracciante per rilevare perdite in apparecchiature ad alto vuoto (come i serbatoi criogenici) e in recipienti ad alta pressione. L'oggetto viene posizionato in una camera, che viene poi evacuata e riempita di elio. Anche a velocità di perdita basse fino a 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m³/s), l'elio che fuoriesce attraverso la perdita può essere rilevato da un dispositivo sensibile (uno spettrometro di massa a elio). La procedura di misurazione è solitamente automatizzata e viene chiamata test di integrazione dell'elio. Un altro metodo, più semplice, consiste nel riempire l'oggetto in questione con elio e cercare manualmente le perdite utilizzando un dispositivo portatile.

L'elio viene utilizzato per la rilevazione delle perdite perché è la molecola più piccola ed è una molecola monoatomica, quindi perde facilmente. L'elio gassoso viene introdotto nell'oggetto durante la rilevazione delle perdite e, in caso di perdita, lo spettrometro di massa a elio sarà in grado di individuarne la posizione. L'elio può essere utilizzato per rilevare perdite in razzi, serbatoi di carburante, scambiatori di calore, condotte del gas, componenti elettronici, tubi televisivi e altri componenti di produzione. La rilevazione delle perdite con elio è stata utilizzata per la prima volta durante il progetto Manhattan per rilevare perdite negli impianti di arricchimento dell'uranio. L'elio per la rilevazione delle perdite può essere sostituito con idrogeno, azoto o una miscela di idrogeno e azoto.

Saldatura e lavorazione dei metalli

L'elio gassoso viene utilizzato come gas protettivo nella saldatura ad arco e nella saldatura ad arco plasma grazie alla sua maggiore energia potenziale di ionizzazione rispetto ad altri atomi. L'elio gassoso attorno alla saldatura impedisce l'ossidazione del metallo allo stato fuso. L'elevata energia potenziale di ionizzazione dell'elio consente la saldatura ad arco plasma di metalli dissimili utilizzati in edilizia, cantieristica navale e aerospaziale, come titanio, zirconio, magnesio e leghe di alluminio. Sebbene l'elio nel gas di protezione possa essere sostituito da argon o idrogeno, alcuni materiali (come il titanio elio) non possono essere sostituiti per la saldatura ad arco plasma. Questo perché l'elio è l'unico gas sicuro alle alte temperature.

Uno dei settori di sviluppo più attivi è la saldatura dell'acciaio inossidabile. L'elio è un gas inerte, il che significa che non subisce reazioni chimiche se esposto ad altre sostanze. Questa caratteristica è particolarmente importante nei gas di protezione per la saldatura.

L'elio è anche un ottimo conduttore di calore. Per questo motivo, viene comunemente utilizzato nelle saldature in cui è richiesto un maggiore apporto termico per migliorare la bagnabilità della saldatura. L'elio è utile anche per accelerare.

L'elio viene solitamente miscelato con l'argon in quantità variabili nella miscela di gas protettivo per sfruttare appieno le buone proprietà di entrambi i gas. L'elio, ad esempio, agisce come gas protettivo favorendo la penetrazione più ampia e superficiale durante la saldatura. Tuttavia, l'elio non garantisce la pulizia offerta dall'argon.

Di conseguenza, i produttori di metalli spesso considerano la miscelazione di argon ed elio come parte del loro processo di lavorazione. Nella saldatura ad arco con protezione di gas, l'elio può costituire dal 25% al ​​75% della miscela di gas elio/argon. Regolando la composizione della miscela di gas protettivo, il saldatore può influenzare la distribuzione del calore nella saldatura, che a sua volta influenza la forma della sezione trasversale del metallo di saldatura e la velocità di saldatura.

Industria dei semiconduttori elettronici

Essendo un gas inerte, l'elio è così stabile che difficilmente reagisce con altri elementi. Questa proprietà lo rende utilizzato come schermo nella saldatura ad arco (per prevenire la contaminazione dell'ossigeno nell'aria). L'elio ha anche altre applicazioni critiche, come i semiconduttori e la produzione di fibre ottiche. Inoltre, può sostituire l'azoto nelle immersioni profonde per prevenire la formazione di bolle di azoto nel flusso sanguigno, prevenendo così la malattia da immersione.

Volume globale delle vendite di elio (2016-2027)

Il mercato globale dell'elio ha raggiunto i 1.825,37 milioni di dollari nel 2020 e si prevede che raggiungerà i 2.742,04 milioni di dollari nel 2027, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 5,65% (2021-2027). Il settore è caratterizzato da una forte incertezza nei prossimi anni. I dati previsionali per il periodo 2021-2027 presentati in questo documento si basano sullo sviluppo storico degli ultimi anni, sulle opinioni degli esperti del settore e sulle opinioni degli analisti.

L'industria dell'elio è altamente concentrata, ricavata da risorse naturali e con una presenza limitata di produttori globali, principalmente negli Stati Uniti, in Russia, in Qatar e in Algeria. A livello globale, il settore dei beni di consumo è concentrato negli Stati Uniti, in Cina, in Europa e così via. Gli Stati Uniti vantano una lunga storia e una posizione incrollabile nel settore.

Molte aziende hanno diversi stabilimenti, ma di solito non sono vicini ai loro mercati di riferimento. Di conseguenza, il prodotto ha costi di trasporto elevati.

Dai primi cinque anni, la produzione è cresciuta molto lentamente. L'elio è una fonte di energia non rinnovabile e nei paesi produttori sono in atto politiche volte a garantirne l'utilizzo continuo. Alcuni prevedono che l'elio si esaurirà in futuro.

Il settore ha un'elevata percentuale di importazioni ed esportazioni. Quasi tutti i paesi utilizzano l'elio, ma solo pochi ne possiedono riserve.

L'elio ha una vasta gamma di utilizzi e sarà disponibile in un numero sempre maggiore di settori. Data la scarsità di risorse naturali, è probabile che la domanda di elio aumenti in futuro, richiedendo alternative adeguate. Si prevede che i prezzi dell'elio continueranno a salire dal 2021 al 2026, passando da 13,53 dollari/m³ (2020) a 19,09 dollari/m³ (2027).

Il settore è influenzato da fattori economici e politici. Con la ripresa dell'economia globale, sempre più persone sono interessate a migliorare gli standard ambientali, soprattutto nelle regioni sottosviluppate con una popolazione numerosa e una rapida crescita economica; la domanda di elio aumenterà.

Attualmente, i principali produttori globali includono Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) e Gazprom (Ru), ecc. Nel 2020, la quota di mercato dei primi 6 produttori supererà il 74%. Si prevede che la concorrenza nel settore diventerà più intensa nei prossimi anni.

Apparecchiature criogeniche HL

A causa della scarsità di risorse di elio liquido e del suo aumento del prezzo, è importante ridurre la perdita e il recupero dell'elio liquido durante il suo utilizzo e trasporto.

HL Cryogenic Equipment, fondata nel 1992, è un marchio affiliato a HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). HL Cryogenic Equipment è impegnata nella progettazione e produzione di sistemi di tubazioni criogeniche isolate sotto vuoto spinto e relative attrezzature di supporto per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. I tubi isolati sotto vuoto e i tubi flessibili flessibili sono realizzati in materiali isolanti speciali multistrato e multistrato ad alto vuoto e vengono sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi e a un trattamento sotto vuoto spinto, utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, gas etilene liquefatto (LEG) e gas naturale liquefatto (GNL).

Le serie di prodotti di tubi con rivestimento sotto vuoto, tubi flessibili con rivestimento sotto vuoto, valvole con rivestimento sotto vuoto e separatori di fase della HL Cryogenic Equipment Company, sottoposte a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi, vengono utilizzate per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, LEG e GNL e questi prodotti vengono utilizzati per apparecchiature criogeniche (ad esempio serbatoi criogenici, dewar e coldbox ecc.) nei settori della separazione dell'aria, dei gas, dell'aviazione, dell'elettronica, dei superconduttori, dei chip, dell'assemblaggio di automazione, degli alimenti e delle bevande, della farmacia, degli ospedali, delle biobanche, della gomma, della produzione di nuovi materiali, dell'ingegneria chimica, della siderurgia e della ricerca scientifica ecc.

HL Cryogenic Equipment Company è diventata fornitore/venditore qualificato di Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani e Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), ecc.