氦的發現與回收
氦是1868年天文學家觀測日食時的太陽光譜線時,意外發現的新元素,以太陽神 Helios 命名為 Helium ,也能突顯氦元素發現的曲折歷史。
氦元素質量比大氣主要氣體分子氮和氧輕很多,只要從石油或岩層溢出,就能輕易的飄到地球大氣層上方。雖然只有少數地表氦氣的運動速率超過地球的逃脫速度,但是一旦進入大氣層上方,很容易受到太陽輻射影響達到逃脫速度,就像棒球被打成全壘打一樣,一去不回。這是大氣中很難發現氦的原因,也導致人類發現氦元素的時程延後,直到光譜分析的技術發展成熟,才有辦法「意外」的在太陽光譜中發現。
氦氣逸入大氣後有去無回的特性,地球上的氦含量,只能靠殞石撞擊地球增補庫存。因此如果不設法回收,放任氦氣在大氣中自由行,地球上的氦含量,只會持續減少。由於液態氦的低溫特性,做為冷卻用途的科學與商業應用非常廣泛,尤其對低溫物理實驗的研究至為重要,氦元素的存量持續匱乏,遲早會對科技的發展產生嚴重的影響。
雖然地球上氦元素含量持續減少,對整體地球環境的影響有待觀察,但是已經有科學家擔心地球上的氦元素遲早會被商業用途耗盡,呼籲政府重視,減少開採、濫用,無法回收的商業用途要受到規範。
氦要回收
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1925年,為了供應戰爭時期軍事飛艇、和平時期商業飛艇,美國政府在德克薩斯州的阿馬里洛啟用了國家氦儲備。[24]1925年的氦氣法修正案,禁止出口氦氣,使美國得以獨占氦氣生產,隨著使用氦氣的巨額花費,興登堡飛船,如同所有的齊柏林飛船,被迫使用氫氣當作舉升氣體。氦氣市場在第第二次世界大戰之後開始消沉,但為了確保液態氦的供應,儲備在1950年代開始擴大,在太空競賽與冷戰當作製作氫氧火箭推進劑(及其他用途)的冷卻液。在1965年在美國使用的氦氣是戰時高峰消耗量的八倍多。[39]
在1960年的氦氣法修正案(美國公法86–777)通過後,美國礦業局安排了五間私人工廠從天然氣當中提取氦氣。因應氦氣保存計畫,當局在堪薩斯州的布什頓建造了425英里(684公里)的管線,將這些工廠與德克薩斯州阿馬里洛附近政府部分耗盡的克利夫塞天然氣田連接起來。這些氦-氮混合物被注入並儲存在克利夫塞天然氣田,直到需要時再進一步的純化。[44]
到了1995年,收集與保存10億立方公尺的氣體花費了14億美元的債務,促使美國國會在1996年淘汰儲備。[23][45]1996年的氦氣法修正案[46](美國公法104–273)便針對美國內政部,要求清空儲備,並於2005年開始銷售。[47]
氦氣生產純度在1930到1945年間大約為98.3%(2%氮氣),為飛艇提供充足的燃料。在1945年,少量的99.9%氦氣作為焊接用途。到了1949,就可取得商業量的A級99.5%氦氣。[48]
多年以來,美國生產全球超過90%商業用氦氣,其餘的是由在加拿大、波蘭、俄羅斯和其他國家的萃取工廠製造。在1990年代中期,位於阿爾及利亞阿爾澤的新工廠開始作業後,製造了1700萬立方公尺(6億立方英呎),足夠供應全歐洲的需求。同時,截至2000年,美國國內的氦氣消耗量每年已成長超過1500萬公斤。[49]在2004至2006年間,在拉斯拉凡、卡塔、阿爾及利亞的斯基克達建立了更多的工廠。阿爾及利亞迅速成為氦氣製造的第二大國。[50]透過這次擴建,氦氣的消耗量與生產成本都向上提升。[51]從2002到2007年,氦氣的價格翻了一倍。[52]
截至2012年,美國國家氦儲備占了全球30%的氦氣[53],預估在2018年消耗殆盡。[53]儘管如此,美國參議院所提議的法案仍允許繼續販售。其他大型儲備位於美國堪薩斯州的休哥頓和附近的天然氣田,以及德克薩斯州和奧克拉荷馬州的突出部。新的工廠預估在2012年於卡塔、俄羅斯和美國的懷俄明州投產,但他們不被預期能緩解短缺。[53]
在2013年,卡達啟用了全球最大的氦氣工廠[54],雖然2017年卡達外交危機嚴重影響當地的氦氣生產。[55]2014年被廣泛認定為氦氣貿易供過於求的一年,但隨後幾年卻是明顯的短缺。[56]那斯達克報導(2015年)三福氣體股份有限公司(Air Products)—— 一家銷售工業用氣體的國際公司─由於原料供應的限制,氦氣量仍然處於經濟壓力之下。[57]