Das Helium-Problem und Möglichkeiten zur Lösung

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Das Helium-Problem und die Lösungen

Um extrem niedrige Temperaturen zu erreichen und aufrechtzuerhalten, wird seit Jahrzehnten Helium eingesetzt, das zunächst verflüssigt und transportiert werden muss. Bei Magneten, die fortlaufend betrieben werden – wie etwa die Magnete in einem MRI-Scanner, der bis zu 2000 L flüssiges Helium enthält – ist oft ein Rückverflüssiger oder ein System zur Heliumrückgewinnung eingebaut. Viele Labore setzen mehr als ein Messsystem ein, das flüssiges Helium benötigt. Ein Rückgewinnungssystem sammelt in diesem Fall das verdampfte Gas und leitet es zu einem zentralen Helium-Verflüssiger. Kleinere Labore können sich solche Systeme jedoch nicht leisten. Und selbst mit einem zentralen Rückgewinnungssystem ist es kaum möglich, mehr als 85% des Gases zu recyceln, weil es beim Transport des Heliums im Kreislauf Verluste gibt. Sowohl technisch als auch finanziell sind dem Verfahren der Heliumrückgewinnung also Grenzen gesetzt.

Heliumgas ist teuer und die Verflüssigung benötigt sehr viel Energie. Ein typischer Forschungskryostat benötigt 10 - 20 L flüssiges Helium pro Tag. In Europa und Nordamerika kostet ein Liter flüssiges Helium rund sieben Euro. In Japan hingegen ist der Markt für flüssiges Helium weniger entwickelt, dort bezahlen Labore mehr als 24 Euro pro Liter. Und in anderen Regionen kann der Preis sogar noch höher sein. Wo Helium importiert werden muss, ist der Prozess nicht nur teuer, sondern birgt auch Gefahren – wenn etwa Gefäße mit flüssigem Helium wochenlang am Zoll aufgehalten werden und verkochen.

Helium – teuer und rar

Helium entsteht im Erdinnern als ein Produkt radioaktiven Zerfalls und sammelt sich in natürlichen Erdgas-Vorkommen an. Aus der Erdatmosphäre kann Helium nicht gewonnen werden, weil es sich zu schnell verflüchtigt.

Rund um die Welt finden sich mehrere Heliumquellen, aber das Helium kann sinnvollerweise nur dort gewonnen werden, wo das Erdgas für den Transport verflüssigt wird, da das Helium bei der Verflüssigung des Erdgases als Gas übrig bleibt. In den zwanziger Jahren des letzten Jahrhunderts legten die USA bei Amarillo in Texas eine strategische Heliumreserve an, indem sie das Gas wieder in den Untergrund zurück pumpten, wo es in einer natürlichen Gesteinsformation lagerte. Diese Reserve ist jedoch in den letzten Jahren stark geschrumpft, weil sie rund ein Drittel des weltweit benötigten Heliums geliefert hat. In den nächsten zehn bis zwanzig Jahren werden die Vorräte weiter zur Neige gehen, weil andere Quellen nicht genug Helium liefern können.

Dies muss jedoch nicht das Ende für den Einsatz von Helium in Laboranwendungen bedeuten. Ein Lösungsansatz ist die Nutzung von Kühlern mit geschlossenen Kreisläufen, bei denen kein Helium entweicht.

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