Khí Heli được thu như thế nào?
Heli – loại khí trơ không màu, không mùi, không vị – là khí phổ biến thứ hai trong vũ trụ sau khí hydro. Tuy nhiên, loại khí heli được sử dụng trong các ứng dụng như sắc ký khí lại được chiết xuất từ khí tự nhiên – một nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt, dẫn đến sự khan hiếm khí heli.
Khí heli rất phong phú trong không gian – nó là sản phẩm phụ của các phản ứng nhiệt hạch diễn ra bên trong các ngôi sao. Tuy nhiên, lượng khí heli mà chúng ta có thể tìm thấy trên Trái Đất, sau đó được lưu trữ trong các bình khí heli để sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng, lại rất hạn chế. Loại khí heli này, gọi là heli-4, được tạo ra tự nhiên dưới lòng đất thông qua quá trình phân rã phóng xạ của các nguyên tố như uranium và thorium. Kết quả của phản ứng này là các hạt alpha chứa hai neutron và hai proton. Những mảnh nhỏ này sau đó thu nhận electron từ môi trường xung quanh và hình thành nên khí heli, rồi từ từ di chuyển lên qua lớp vỏ Trái Đất và thậm chí lên tới không gian.
May mắn thay, một phần heli-4 bị giữ lại và hòa lẫn trong khí tự nhiên nằm dưới các lớp đất sâu. Heli-4 được khai thác từ lòng đất thông qua các giếng khoan để giải phóng khí. Tỷ lệ heli trong khí tự nhiên có thể dao động từ rất nhỏ đến khoảng 4% theo thể tích. Khí tự nhiên chứa heli-4 sau đó được xử lý qua quá trình chưng cất lạnh sâu (cryogenic distillation) để tách lấy các phân tử heli. Sau khi tách ra khỏi khí tự nhiên, heli-4 trải qua một quá trình tinh chế nữa để đạt độ tinh khiết trên 99,99% trước khi đưa ra thị trường.
Dự trữ và chuỗi cung ứng khí heli
Nhu cầu toàn cầu về khí heli ngày càng tăng, gây lo ngại lớn về nguồn tài nguyên hữu hạn này, khiến chuỗi cung ứng trở nên mong manh. Vấn đề trong việc khai thác khí heli là không nhiều mỏ khí tự nhiên có nồng độ heli cao, và việc khai thác từ các mỏ có hàm lượng thấp sẽ rất tốn kém so với lượng khí thu được. Theo Gas World, 75% lượng heli tiêu thụ trên thế giới chủ yếu tập trung tại ba địa điểm: Thành phố Công nghiệp Ras Laffan ở Qatar, ExxonMobil tại Wyoming (Mỹ) và Dự trữ Heli Quốc gia ở Texas (Mỹ).
Một số nhà nghiên cứu đã đề xuất sản xuất heli từ không khí lỏng như một phương án thay thế trong bối cảnh lo ngại về sự khan hiếm, nhưng chi phí sản xuất quá cao do hàm lượng heli trong không khí rất thấp, khiến phương pháp này không khả thi về mặt kinh tế.
Các lựa chọn thay thế khí heli trong sắc ký khí
Vậy tại sao khí heli lại quý giá đến vậy? Đó là nhờ những đặc tính rất đặc biệt của khí heli, khiến nó trở nên quý giá trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, do sự không chắc chắn về nguồn cung trong tương lai và chi phí ngày càng tăng, nhiều ngành công nghiệp đang chuyển sang sử dụng các loại khí khác.
Sắc ký khí là một trong những ứng dụng đã bắt đầu dùng các loại khí khác làm khí mang thay cho heli. Mặc dù lựa chọn khí mang còn phụ thuộc vào thành phần mẫu thử, khí hydro là một trong những lựa chọn thay thế chính cho heli. Với độ nhớt rất thấp, khí hydro có thể cung cấp tốc độ di chuyển cao nhất trong các loại khí mang, giúp rút ngắn thời gian phân tích mẫu.
Lợi ích về tiết kiệm chi phí cũng là một yếu tố quan trọng khi chọn khí mang thay thế. Khí hydro, khác với heli, có thể được sản xuất ngay tại chỗ bằng phương pháp điện phân nước khử ion sử dụng máy phát hydro, đảm bảo độ tinh khiết cần thiết cho phân tích hiệu quả. Thay vì phải lưu trữ heli hay hydro trong bình khí, khí hydro có thể được tạo ra theo nhu cầu với máy phát hydro, đảm bảo lượng khí tạo ra vừa đủ cho ứng dụng mà không cần đặt mua trước lượng khí dư thừa.
An toàn của khí hydro thường là mối quan tâm của các nhà nghiên cứu khi tìm kiếm khí mang thay thế. Bình khí nén – cả với hydro và heli – đều tiềm ẩn nguy cơ do lượng khí lớn được lưu trữ trong bình. Tuy nhiên, những lo ngại này được giảm thiểu nhờ lượng khí lưu trữ thấp và công nghệ an toàn tiên tiến của các máy phát hydro tại chỗ. Ngày nay, các máy phát hydro trong phòng thí nghiệm được trang bị cảm biến an toàn, đảm bảo hệ thống tự động ngắt khi phát hiện rò rỉ, giảm thiểu rủi ro đến mức thấp nhất.
Với những lo ngại ngày càng tăng về sự khan hiếm tài nguyên để khai thác khí heli và giá thành dự kiến sẽ tăng, các phòng thí nghiệm đang chuyển sang các lựa chọn khác cho khí mang. Máy phát hydro thường là lựa chọn hàng đầu cho sắc ký khí, cung cấp dòng khí ổn định và an toàn.
**Liên hệ với Việt Nguyễn Gas để được tư vấn về các dòng sản phẩm Helium tinh khiết với giá cạnh tranh nhất thị trường**
