بحران تأمین هلیوم؛ چرا دومین عنصر فراوان جهان روی زمین اهمیت بالایی دارد؟

هلیوم روی زمین عنصری کمیاب است و اکنون زنجیره تأمین جهانی آن با بحرانی جدی روبه‌رو شده؛ بحرانی که می‌تواند طیف گسترده‌ای از صنایع، از پزشکی گرفته تا فناوری‌های پیشرفته را تحت تأثیر قرار دهد. این وضعیت در حالی رخ داده که وابستگی جهانی به گاز هلیوم، برخلاف ظاهر ساده‌اش، بسیار عمیق‌تر از چیزی است که معمولاً تصور می‌شود.

در ماه‌های اخیر، تنش‌ها و درگیری‌های جاری در خاورمیانه، به‌ویژه در منطقه تنگه هرمز، نه‌تنها جریان انتقال نفت را مختل کرده، بلکه حمل‌ونقل هلیوم را نیز با محدودیت‌های جدی مواجه ساخته است. هلیوم که به‌عنوان یک گاز طبیعی استخراج می‌شود، در بسیاری از صنایع حیاتی نقش کلیدی دارد؛ از تولید تجهیزات الکترونیکی گرفته تا کاربردهای پزشکی پیشرفته. همین مسئله باعث شده شرکت‌ها و کشورها برای تأمین این ماده به دنبال منابع جایگزین یا راهکارهای اضطراری باشند.

هلیوم از نظر کیهانی، دومین عنصر فراوان در جهان پس از هیدروژن است؛ اما روی زمین شرایط متفاوتی دارد و نسبتاً کمیاب به شمار می‌رود. منشأ هلیوم زمینی به فرآیند واپاشی رادیواکتیو عناصری مانند اورانیوم و توریم در پوسته زمین بازمی‌گردد. در این فرآیند، ذرات آلفا که در واقع هسته‌های هلیوم هستند، تولید می‌شوند و به‌تدریج در برخی مخازن زیرزمینی، معمولاً همراه با گاز طبیعی، تجمع پیدا می‌کنند.

هلیوم یکی از حیاتی‌ترین عناصر در فناوری‌های مدرن به شمار می‌رود. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن، توانایی تبدیل شدن به مایع در دماهای بسیار پایین و رسیدن به دماهایی نزدیک به صفر مطلق، یعنی حدود ۲۷۳٫۱۵- درجه سانتی‌گراد، است. این ویژگی خاص، هلیوم را به یکی از مهم‌ترین مواد برای خنک‌سازی سامانه‌های پیشرفته تبدیل کرده است.

در دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) که در پزشکی برای تشخیص بیماری‌ها استفاده می‌شوند، از آهنرباهای ابررسانا استفاده می‌شود. ابررسانایی پدیده‌ای است که در آن، مواد در دماهای بسیار پایین می‌توانند جریان الکتریکی را بدون مقاومت عبور دهند. این ویژگی امکان تولید میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی و پایدار را فراهم می‌کند که برای تهیه تصاویر دقیق و سه‌بعدی از بدن انسان ضروری است. اما برای رسیدن به این حالت، دمای آهنرباها باید به حدود ۴ کلوین (حدود ۲۶۹- درجه سانتی‌گراد) برسد؛ دمایی که تنها با استفاده از هلیوم مایع قابل دستیابی است.

هلیوم در حوزه پژوهش‌های علمی و صنعتی نیز نقشی اساسی دارد. دستگاه‌های طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) که برای تعیین ساختار مولکول‌ها به کار می‌روند، از جمله ابزارهای حیاتی در شیمی، داروسازی و صنایع غذایی هستند. این دستگاه‌ها نیز برای عملکرد صحیح خود به آهنرباهای ابررسانا و در نتیجه به خنک‌سازی با هلیوم مایع وابسته‌اند. به کمک این فناوری، پژوهشگران می‌توانند ترکیب دقیق مواد را بررسی و حتی ناخالصی‌های بسیار جزئی را شناسایی کنند.

کاربردهای هلیوم به این موارد محدود نمی‌شود. در شتاب‌دهنده‌های ذرات، مانند برخورددهنده هادرونی بزرگ در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (CERN) در شهر ژنو، هلیوم مایع همچنان عنصر اصلی برای خنک‌کردن آهنرباهای ابررسانا است. این شتاب‌دهنده‌ها برای مطالعه بنیادی‌ترین اجزای ماده و نیروهای طبیعت طراحی شده‌اند.

در صنعت الکترونیک نیز هلیوم نقش مهمی ایفا می‌کند. در فرایند ساخت تراشه‌های نیمه‌رسانا، وجود اکسیژن و رطوبت می‌تواند به‌شدت به کیفیت محصول آسیب بزند. هلیوم به‌عنوان گاز بی‌اثر، برای ایجاد محیطی پاک و کنترل‌شده به کار می‌رود و همچنین در مراحل حساس مانند حکاکی (etching) برای خنک‌سازی استفاده می‌شود تا از آسیب حرارتی به ساختارهای بسیار ظریف تراشه جلوگیری شود.

هلیوم در برخی راکتورهای هسته‌ای موسوم به «راکتورهای تحقیقاتی خنک‌شونده با گاز» نیز به‌عنوان خنک‌کننده استفاده می‌شود. در صنعت هوافضا نیز این گاز برای خنک کردن سوخت موشک‌ها در لحظه پرتاب به کار می‌رود. در فناوری فیبر نوری، هلیوم محیطی پایدار و عاری از آلودگی برای تولید رشته‌های شیشه‌ای بسیار نازک فراهم می‌کند. حتی در غواصی در اعماق زیاد، از مخلوط‌های حاوی هلیوم در کپسول‌های تنفسی استفاده می‌شود تا خطر بروز بیماری ناشی از کاهش فشار یا بیماری غواصان کاهش یابد.

با توجه به این کاربردهای گسترده، اهمیت هلیوم در زندگی روزمره و فناوری‌های پیشرفته انکارناپذیر است. بااین‌حال، زنجیره تأمین این گاز به‌شدت متمرکز است و بخش بزرگی از تولید جهانی آن تنها در چند کشور محدود انجام می‌شود. قطر به‌تنهایی نزدیک به یک‌سوم هلیوم دنیا را از میدان گازی پارس جنوبی‌ (گنبد شمالی) تولید می‌کند و در کنار آن، ایالات متحده، الجزایر و روسیه از دیگر تولیدکنندگان اصلی هستند.

حمله به تأسیسات قطر در مارس سال ۲۰۲۶ موجب شد حدود ۱۷ درصد از ظرفیت تولید گاز طبیعی مایع این کشور از بین برود و در نتیجه، تولید هلیوم نیز متوقف شود. از سوی دیگر، محدودیت تردد در تنگه هرمز که یکی از مهم‌ترین مسیرهای کشتی‌رانی جهان به شمار می‌رود، باعث شده صادرات گاز طبیعی و هلیوم قطر با کاهش قابل‌توجهی مواجه شود. این اختلال در عرضه، می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای برای صنایع مختلف در سراسر جهان داشته باشد.

گرچه ایالات متحده بزرگ‌ترین ذخیره هلیوم جهان را در شهر آماریلو در ایالت تگزاس در اختیار دارد، بخش قابل‌توجهی از این ذخایر در سال‌های اخیر و براساس قانون مدیریت منابع هلیوم به فروش رسیده است. گوین دی. جی. هارپر، پژوهشگر مرکز عناصر راهبردی و مواد حیاتی بیرمنگام در دانشگاه بیرمنگام، در تحلیلی تأکید کرده است که در صورت اختلال در زنجیره تأمین نیمه‌رساناها، کمبود هلیوم می‌تواند حتی به مانعی برای پیشرفت فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی تبدیل شود.

راهکارهایی برای کاهش اثرات بحران پیشنهاد شده است؛ از جمله اینکه ذخایر موجود هلیوم باید برای کاربردهای حیاتی حفظ شوند و استفاده از آن به مواردی محدود شود که جایگزین مناسبی ندارند. همچنین، با وجود دشواری‌های فنی، بازیافت هلیوم می‌تواند تا حدی به کاهش فشار بر منابع کمک کند.

در کنار این اقدامات، اکتشاف منابع جدید که کشورهایی مانند چین در حال پیگیری آن هستند و گسترش تولید در کشورهای دیگر نیز می‌تواند به بهبود وضعیت کمک کند. هرچند ایران به‌لطف میدان گازی عظیم پارس جنوبی می‌تواند نقش چشمگیری در تأمین هلیوم دنیا ایفا کند، تحریم‌های بین‌المللی موجب شده که این ظرفیت بزرگ از دسترس خارج باشد. جداسازی هلیوم به فناوری بسیار پیشرفته، احداث تاسیسات صنعتی عظیم و سرمایه‌گذاری سنگین خارجی نیاز دارد.

همان‌طور که کارشناسان تأکید می‌کنند، هیچ‌کدام از این راه‌حل‌های فعلی فوری و سریع‌الاثر نیستند و در صورت تداوم شرایط، بحران هلیوم می‌تواند در آینده نزدیک به یکی از چالش‌های مهم صنایع جهانی تبدیل شود.