Гелий - редкий и невозобновляемый природный ресурс, активно использующийся в атомной энергетике (от производства твэлов до применения в качестве теплоносителя в высокотемпературных реакторах). Гелий незаменим и в других областях экономики. Истощимы ли его запасы? Таким вопросом задаётся газета "Washington Post".
Все нуждаются в гелии
В подземных просторах пористой скалы близ Амарильо, штат Техас, заперто крупнейшее в мире хранилище гелия, американский федеральный гелиевый резерв. Правительство США планирует избавиться от него через пять лет и поручить заботу о резерве частному капиталу.
Некоторые учёные предупреждают - пройдёт несколько десятилетий, и заботиться станет не о чём. Дело идёт к тому, что второй по распространённости элемент Вселенной можно будет отыскать где угодно, хоть внутри Солнца, но только не нашей планете.
Если темпы потребления гелия сохранятся на текущем уровне, то "гелий в мире закончится через 25 лет плюс-минус пять лет", считает Роберт Ричардсон, физик из Корнелльского университета, получивший в 1996 году Нобелевскую премию за открытие сверхтекучести гелия-3. Он произнёс эти слова на собрании нобелевских лауреатов в августе этого года.
Это печальная новость для всех, кто использует гелий - и это не только и не столько продавцы воздушных шариков.
Любой пациент, проходящий обследование с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), зависит от гелия. Методика МРТ основана на использовании сверхпроводящих электромагнитов, работающих в жидком гелии. В Соединённых Штатах на МРТ приходится свыше четверти от общего объёма потребления гелия.
Гелий также активно применяется при сварке. С его помощью создают инертную атмосферу при производстве оптоволокна и жидкокристаллических экранов. В гелии нуждаются команды, обслуживающие космические ракеты. Он охлаждает ускорители Фермилаба и большой адронный коллайдер.
"Гелий занимает центральное место примерно в половине моих исследований и в диссертациях многих из моих студентов", - говорит профессор физики университета Мэриленд Даниэль Латроп.
Гелий из газов
Доступные для извлечения земные запасы гелия образовались в далёком прошлом как дочерние продукты реакций радиоактивного распада в гранитной оболочке земной коры. Он накапливается в свободных газовых скоплениях и в нефти, откуда его и добывают в промышленных масштабах.
Соединённые Штаты обладают одними из самых больших в мире запасов гелия и входят в число лидеров по его добыче. Но они же - самый крупный потребитель гелия. На долю США приходится почти 50% от общемирового расхода гелия.
В последние годы Алжир, Катар и Россия уделяют большое внимание добыче гелия. Потенциальными производителями гелия могут стать также Польша, Канада и Китай.
Зато в распоряжении американцев есть единственное на планете созданное природой место, подходящее для хранения больших объёмов гелия. На самом деле, американцам повезло дважды - в газе, добываемом в США, концентрация гелия необычайно высока, 2% против обычных 0,3%.
Ричардсон, в 2009 году занимавший место сопредседателя комитета национального исследовательского совета, созданного для изучения возможностей приватизации федерального гелиевого резерва, неоднократно предупреждал, что Соединённые Штаты могут потерять контроль над расходованием уникального невозобновляемого ресурса.
"У нас просто не останется гелия. И нам придётся полагаться на Россию, Катар и Алжир", - говорит учёный.
Гелий не нужен
Впервые как стратегический ресурс гелий был признан в ранние годы XX столетия. Произошло это благодаря дирижаблестроению - у дирижаблей тогда видели значительный военный потенциал.
В 1925 году в США начинается федеральная гелиевая программа. В 1960 году был создан федеральный резерв, управляемый американским горным бюро (Bureau of Mines). Правительство выделило под эти цели площадку в 11 тысяч акров на границе газонефтяного месторождения Панхандл-Хьюготон (Panhandle-Hugoton), расположенного в Техасе, Оклахоме и Канзасе.
"Представьте себе большую старую губку с дырками и пустотами. Эта картина поможет вам понять, на что похожи подземные скальные породы, содержащие природный газ и гелий", - объясняет Лесли Тейс, менеджер федерального гелиевого резерва.
В годы холодной войны горное бюро добывало, складировало и очищало гелий. В дополнение к собственным усилиям бюро скупало гелий у частных буровых компаний и закачивало купленное в резерв. В общей сложности, на эти цели было затрачено не менее 1,4 миллиарда долларов.
Но холодная война завершилась, прогнозы по росту потребления гелия не оправдались, и в 1996 году конгресс США принял закон о приватизации гелия (Helium Privatization Act), потребовавший от бюро остановить операции по очистке гелия в 1998 году и продать федеральный резерв к 1 января 2015 года.
Конгресс вывел формулу для расчёта стоимости гелия, исходя из необходимости возместить ранее потраченные 1,4 миллиарда долларов. Но комиссия, в которой работал Ричардсон, выпустила в январе отчёт с предупреждением - формула даёт столь низкие цены на гелий, что у потребителей нет необходимости относиться к нему рачительно и, тем более, вкладываться в поиски новых гелиевых месторождений.
"Закон от 1996 года стал бомбой с зажжённым фитилем, заложенной под мировую гелиевую индустрию", - считает Скотт Сирс, президент компании IACX, работающей в газодобывающем секторе.
Всё ещё слишком дёшево
В реальности гелия пока достаточно. Но назревают проблемы.
С одной стороны, авторы закона от 1996 года ожидают от частных компаний поиска новых гелиевых запасов для возмещения убыли из резервного фонда. Этого не происходит. По словам Тейса, бизнес предпочитает рассматривать федеральный резерв как первоисточник гелия, гораздо более доступный, чем неизведанные месторождения.
С другой стороны, всякий раз, когда гелий используется для тех или нужд, часть его безвозвратно теряется - гелий текуч и уходит в атмосферу. Практичных путей выделения гелия из атмосферных газов не существует.
"Как только гелий попадает в атмосферу - неважно, из дырявых воздушных шариков или из лабораторий учёных - его можно считать навсегда потерянным для земной цивилизации. Потерянным для Земли навсегда", - комментирует Ричардсон.
Работы над возможностью повторного использования ведутся, но, как представляется, процесс этот будет сложным и дорогостоящим.
Так, в Фермилабе персонал улавливает утекающий гелий в специальные ёмкости, находящиеся под давлением. Потом гелий сжижают, замораживая ёмкости до 4 K. Полученный жидкий гелий может быть очищен и повторно использован после нагрева.
"В таких университетах, как Корнельский, гелий рециклируется обычным порядком… Если рециклом гелия заняться всёрьёз, то имеющихся его запасов хватит, как минимум, в 100 раз дольше, чем без рецикла", - говорит Ричардсон.
Закон от 1996 года установил цену на федеральный гелий как 47 долларов за тысячу кубических футов. Инфляция довела в прошлом году этот показатель до 64,75 долларов. В октябре 2010 года цена скакнула до 75 долларов, во многом, как следствие предупреждений Ричардсона и его коллег.
Тейс считает, что гелий подорожал вовремя. Ричардсон в этом с ним согласен, но полагает, что гелий ценится всё ещё слишком дёшево: "Я бы предпочёл, чтобы стоимость гелия возросла в пять, а лучше в десять раз. Если бы гелий стоил дороже, то больше бы заботились о его повторном использовании".
16 миллиардов кубических футов
Каждый год федералы продают до 2,1 миллиарда кубических футов гелия небольшой группе компаний, подключённых напрямую к ведущему из резерва трубопроводу длиной 425 миль. Среди них - американские "Praxair" и "Air Products", а также принадлежащая германскому капиталу "Linde North America".
Получая заказ, федералы откачивают из резерва партию природного газа, выделяют из него гелий и перегоняют по трубе заказчику для очистки и дальнейшей поставки потребителям.
Когда и если федеральный резерв будет истощён, этим компаниям придётся искать продавцов в Европе, Азии и на Ближнем Востоке.
В газовой индустрии к предупреждениям Ричардсона относятся по-разному, и некоторые эксперты уверены, что он сгущает краски. "Я не стал бы рисовать картину в таких чёрных тонах. Всё определяет экономика", - говорит, например, Джон ван Слоун, генеральный менеджер по гелию и редким газам в компании "Air Products".
Он отметил, в частности, что "Air Products" совместно с другой газовой компанией "Matheson" в прошлом месяце приступили к созданию газодобывающей станции, и после её ввода в строй "гелиевая база" Соединённых Штатов существенно расширится. Новые производства сумеют справиться с удовлетворением будущих потребностей, считает менеджер.
"Множество месторождений гелия ещё не освоены и даже не разведаны, и я полагаю, что они будут в состоянии компенсировать истощение федерального резерва", - уверен ван Слоун.
Ричардсон и его коллеги по гелиевой комиссии рекомендуют отложить сроки продажи федерального резерва (сейчас это 2015 год), повысить цены на гелий, предоставить льготы для исследовательских программ, продвигать деятельность по повторному использованию гелия и искать новые гелиевые месторождения.
"Если мы не будем уделять вопросу о добыче гелия в Северной Америке достаточного внимания, то США превратятся в импортёра гелия", - подчёркивает совладелец консалтинговой фирмы "RMW Solutions", работающей в газовой сфере, Бен Рейноель. Он также один из соавторов доклада комиссии Ричардсона.
В мае на парламентских слушаниях в США депутат от Калифорнии Джим Коста, возглавляющий подкомитет по энергетике и природным ресурсам, выказал озабочённость в связи с выводами комиссии Ричардсона.
"Будущий дефицит экономически целесообразных запасов гелия станет для Соединённых Штатов значимой проблемой. Мы должны и мы будем рассматривать иные возможные пути для развития федеральной гелиевой программы", - говорится в документе, подготовленном Костой для слушаний в конгрессе.
По словам Тейса, в федеральном резерве в Техасе содержится сегодня около 16 миллиардов кубических футов гелия. Этого хватит примерно до 2020 года.
"Я не знаю, что нас ждёт в будущем. С определённостью я могу сказать только одно - когда гелий в федеральном резерве закончится, это значит, что федеральный резерв опустеет", - говорит Тейс.