هلیوم
استخراج > استخراج و استفاده

در یک عملیات حفاری نفت در سال ۱۹۰۳ در دکستر، کانزاس، فوران گازی مشاهده شد که فاقد قابلیت اشتعال بود. زمین‌شناسی به‌نام اراسموس هاورث نمونه‌هایی از این گاز تهیه کرد و آنها را به دانشگاه کانزاس برد و با کمک شیمی‌دانان‌هایی به نام‌های همیلتون کدی و دیوید مک‌فارلاند پی برد که گاز مورد نظر، مخلوطی از ۷۲ درصد نیتروژن، ۱۵ درصد متان (گازی که در صورت وجود اکسیژن کافی، قابلیت اشتعال دارد)، ۱ درصد هیدروژن و ۱۲ درصد گازی غیرقابل شناسایی است. با انجام تجزیه و تحلیل‌های بیشتر، کادی و مک‌فارلاند کشف کردند که ۱٫۸۴ درصد از مخلوط گازی جمع‌آوری شده، متشکل از هلیوم است. این کشف نشان داد که با وجود فراوانی بسیار اندک هلیوم بر روی زمین، هلیوم می‌تواند در مقادیر زیادی در زیر مناطق مربوط به دشت بزرگ (آمریکا) وجود داشته باشد و در زمان استخراج گاز طبیعی به‌صورت محصول جانبی به‌دست بیاید.
این کشف موجب شد که ایالات متحده آمریکا به بزرگ‌ترین تأمین کننده هلیوم دنیا تبدیل شود. بعد از پیشنهاد ریچارد ترلفال، نیروی دریایی ایالات متحده، سه کارخانه آزمایشی هلیوم را در طول جنگ جهانی اول راه‌اندازی کرد. هدف از آغاز چنین پروژه‌ای تأمین گازی غیرقابل اشتعال و سبک‌تر از هوا برای بالن‌های دفاعی مورد استفاده در جنگ بود. مقداری از این هلیوم تولید شده نیز برای پرکردن اولین کشتی هوایی پرشده با هلیوم، کشتی هوایی بادکنکی غیرصلب کلاس سی، مورد استفاده قرار گرفت. اولین پرواز این کشتی هوایی در تاریخ ۱ دسامبر ۱۹۲۱، از همپتون رودز در ویرجینیا به پایگاه نیروی هوایی بولینگ در واشینگتن، دی.سی. بود. حدود دو سال بعد و در سپتامبر ۱۹۲۳، پرواز اولین کشتی هوایی بادکنکی صلب و پرشده با هلیوم که توسط شرکت هواپیماسازی نیروی دریایی ساخته شده بود و نامش یواس‌اس بود، انجام شد.
اگرچه فرایند استخراج با استفاده از مایع‌سازی گاز در دمای پایین در آن زمان حساس در جنگ جهانی اول هنوز توسعه نیافته بود، با این‌حال تولید هلیوم ادامه داشت. هلیوم در ابتدا به‌عنوان گازی بالابرنده در کشتی‌های هوایی مورد استفاده قرار گرفت. در طول جنگ جهانی دوم، تقاضا برای هلیوم به‌عنوان گاز بالابرنده و همچنین برای جوشکاری قوس پوشش‌دار افزایش یافت. طیف‌سنجی جرمی هلیوم نقشی حیاتی در تولید بمب اتمی در پروژه منهتن داشت.
در سال ۱۹۲۵ دولت ایالات متحده در آماریلو، تگزاس، با هدف تأمین گاز مورد نیاز برای کشتی‌های هوایی نظامی در زمان جنگ و کشتی‌های هوایی تفریحی در زمان صلح، محلی را برای ذخیره راهبردی هلیوم با عنوان ذخیره هلیوم ملی احداث کرد. در آن زمان که آمریکا تنها تولیدکننده هلیوم بود، هلیوم خیلی گران بود و مصوبه کنگره موسوم به مصوبه همیلتون ۱۹۲۵ نیز صادرات آن را ممنوع می‌کرد؛ بنابراین، کشتی هیندنبورگ ال‌زد ۱۲۹ و سایر کشتی‌های هوایی آلمان زپلین مجبور بودند به‌جای هلیوم از هیدروژن استفاده کنند.
بازار هلیوم پس از جنگ جهانی دوم دچار رکود شد. اما ذخایر هلیوم در دهه ۱۹۵۰ میلادی توسعه داده شد تا از تأمین هلیوم به‌عنوان یک خنک‌کننده برای تولید اکسیژن و هیدروژن مورد نیاز برای سوخت موشک (و همچنین سایر اهداف) در طول دوران رقابت فضایی و جنگ سرد اطمینان حاصل شود. میزان هلیوم مورد استفاده در آمریکا در سال ۱۹۶۵ بیش از هشت برابر بیشینه مصرف در زمان جنگ بود.
پس از اصلاح مصوبه کنگره در مورد هلیوم در سال ۱۹۶۰ (قانون عمومی ۸۶–۷۷۷)، اداره معادن ایالات متحده آمریکا طرح تأسیس پنج کارخانه خصوصی برای بازیابی هلیوم از منابع گاز طبیعی را تصویب کرد. براساس این برنامه حفظ منابع هلیوم، اداره معادن یک خط لوله به طول ۴۲۵ مایل (۶۸۴ کیلومتر) احداث کرد تا کارخانه‌های دولتی میدان گازی کلیف‌ساید از شهر بوشتون، کانزاس به آماریلو، تگزاس متصل شوند. مخلوط هلیوم-نیتروژن تزریق شد و میدان گازی کلیف‌ساید ذخیره شد تا زمان نیاز به هلیوم، این مخلوط تحت خالص‌سازی بیشتر قرار بگیرد.
تا سال ۱۹۹۵، یک میلیارد متر مکعب از این گاز ذخیره شده بود و مجموعه ۱٫۴ میلیارد دلار بدهی داشت؛ بنابراین، کنگره ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۹۶ طرح ذخیره هلیوم را متوقف کرد. مصوبه خصوصی‌سازی هلیوم سال ۱۹۹۶ (قانون عمومی ۱۰۴–۲۷۳)، وزارت کشور ایالات متحده آمریکا را بر آن داشت که ذخایر هلیوم را تخلیه کند و فروش از سال ۲۰۰۵ آغاز شد.
هلیوم تولیدشده بین سال‌های ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۵ دارای خلوص حدود ۹۸٫۳ درصد بود (۲ درصد نیتروژن) که این میزان خلوص برای کشتی‌های هوایی کافی بود. در سال ۱۹۴۵، مقدار کمی از هلیوم ۹۹٫۹ درصد برای استفاده در جوشکاری تولید شد. تا سال ۱۹۴۹، تولید هلیوم در مقیاس تجاری با خلوص ۹۹٫۹۵ درصد از نوع درجه آ ممکن بود.
برای سال‌های زیادی، ایالات متحده آمریکا، بیش از ۹۰ درصد هلیوم تولیدی دارای قابلیت استفاده به‌صورت تجاری در دنیا را تولید می‌کرد، در حالی‌که ۱۰ درصد باقی‌مانده توسط کارخانه‌های موجود در کانادا، هلند، روسیه و دیگر کشورها تولید می‌شد. در اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی، یک کارخانه جدید در ارزیو در الجزایر، تولید بیش از ۱۷ میلیون متر مکعب (۶۰۰ میلیون فوت مکعب) را آغاز کرد که این مقدار برای تأمین تمام نیاز اروپا کافی بود. در همین‌حال، تا سال ۲۰۰۰، مصرف هلیوم درون ایالات متحده آمریکا، به ۱۵ میلیون کیلوگرم در سال افزایش یافت. بین سال‌های ۲۰۰۴–۲۰۰۶، کارخانه‌های بیش‌تری در راس لفان، قطر و سکیکده، الجزایر ساخته شد. الجزایر به‌سرعت به دومین تولیدکننده هلیوم دنیا تبدیل شد. در این زمان، هم مصرف هلیوم و هم هزینه تولید هلیوم افزایش یافت. از سال ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۷، قیمت هلیوم دو برابر شد.
تا سال ۲۰۱۲، ذخیره ملی هلیوم ایالات متحده آمریکا، برابر با ۳۰ درصد کل هلیوم دنیا بوده است. انتظار می‌رفت که این ذخیره هلیوم، تا سال ۲۰۱۸ به اتمام برسد، با این‌حال، یک لایحه پیشنهادی در سنای ایالات متحده آمریکا، اجازه ادامه فروش هلیوم موجود در ذخیره ملی آمریکا را صادر کرد. دیگر ذخایر بزرگ هلیوم آمریکا در میدان گازی هیوگوتون در کانزاس، تگزاس و اوکلاهاما قرار داشتند. کارخانه‌های جدی هلیوم بر اساس برنامه قرار بود که در سال ۲۰۱۲ در قطر، روسیه و ایالت وایومینگ آمریکا شروع به کار کنند، اما انتظار نمی‌رفت که این کارخانه‌ها به موضوع کمبود هلیوم، کمک زیادی کنند.
در سال ۲۰۱۳، قطر شروع به ساخت بزرگ‌ترین واحد هلیوم دنیا نمود، بااین‌حال بحران دیپلماتیک قطر در سال ۲۰۱۷، به‌طور شدیدی تولید هلیوم در این کشور را تحت تأثیر قرار داد. غالباً گفته می‌شود که پس از سال‌ها کمبود هلیوم، در سال ۲۰۱۴ میزان تولید هلیوم بیشتر از تقاضای آن بوده است. بازار سهام بورس نزدک در سال ۲۰۱۵ گزارش کرد که برای شرکتی مانند ایر پروداکتز اند کمیکالز که شرکتی بین‌المللی و فروشنده گاز با کاربردهای صنعتی است، میزان هلیوم به دلیل محدودیت عرضه مواد اولیه، تحت فشار اقتصادی قرار دارد.