हेलियम हे He या चिन्हाने आणि २ अणुक्रमांकाने ओळखले जाणारे एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे. हा एक दुर्मिळ वातावरणीय वायू असून, तो रंगहीन, चवहीन, बिनविषारी, ज्वलनशील नाही आणि पाण्यात केवळ किंचित विरघळतो. वातावरणातील हेलियमची घनता आकारमानाच्या टक्केवारीनुसार ५.२४ x १०⁻⁴ आहे. कोणत्याही मूलद्रव्याच्या तुलनेत याचे उत्कलन आणि वितलन बिंदू सर्वात कमी आहेत आणि अत्यंत थंड परिस्थिती वगळता, ते फक्त वायू अवस्थेत अस्तित्वात असते.

हेलियमची वाहतूक प्रामुख्याने वायू किंवा द्रव स्वरूपात केली जाते आणि त्याचा उपयोग अणुभट्ट्या, सेमीकंडक्टर, लेझर, लाईट बल्ब, सुपरकंडक्टिव्हिटी, इन्स्ट्रुमेंटेशन, सेमीकंडक्टर आणि फायबर ऑप्टिक्स, क्रायोजेनिक, एमआरआय आणि आर अँड डी प्रयोगशाळा संशोधनामध्ये केला जातो.

कमी तापमानाचा थंड स्रोत

हेलियमचा उपयोग क्रायोजेनिक शीतकरण स्रोतांसाठी क्रायोजेनिक शीतक म्हणून केला जातो, जसे की मॅग्नेटिक रेझोनन्स इमेजिंग (MRI), न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनन्स (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम पार्टिकल ॲक्सिलरेटर, लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर, इंटरफेरोमीटर (SQUID), इलेक्ट्रॉन स्पिन रेझोनन्स (ESR) आणि सुपरकंडक्टिंग मॅग्नेटिक एनर्जी स्टोरेज (SMES), MHD सुपरकंडक्टिंग जनरेटर, सुपरकंडक्टिंग सेन्सर, पॉवर ट्रान्समिशन, मॅगलेव्ह वाहतूक, मास स्पेक्ट्रोमीटर, सुपरकंडक्टिंग मॅग्नेट, स्ट्रॉंग मॅग्नेटिक फील्ड सेपरेटर्स, फ्युजन रिॲक्टरसाठी ॲन्युलर फील्ड सुपरकंडक्टिंग मॅग्नेट आणि इतर क्रायोजेनिक संशोधन. हेलियम क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग पदार्थ आणि चुंबकांना निरपेक्ष शून्याच्या जवळच्या तापमानापर्यंत थंड करतो, ज्या तापमानाला सुपरकंडक्टरचा रोध अचानक शून्यावर येतो. सुपरकंडक्टरच्या या अत्यंत कमी रोधामुळे अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. रुग्णालयांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या MRI उपकरणांच्या बाबतीत, अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रामुळे रेडिओग्राफिक प्रतिमांमध्ये अधिक तपशील मिळतो.

हेलियमचा वापर सुपरकूलंट म्हणून केला जातो कारण हेलियमचे वितळणबिंदू आणि उत्कलणबिंदू सर्वात कमी आहेत, ते वातावरणीय दाब आणि 0 केल्विन तापमानावर गोठत नाही, आणि ते रासायनिक दृष्ट्या निष्क्रिय आहे, ज्यामुळे इतर पदार्थांशी त्याची अभिक्रिया होणे जवळजवळ अशक्य आहे. याव्यतिरिक्त, 2.2 केल्विनपेक्षा कमी तापमानात हेलियम सुपरफ्लुइड बनते. आजपर्यंत, त्याच्या या अद्वितीय अति-गतिशीलतेचा कोणत्याही औद्योगिक उपयोगात वापर केला गेलेला नाही. 17 केल्विनपेक्षा कमी तापमानात, क्रायोजेनिक स्रोतामध्ये रेफ्रिजरंट म्हणून हेलियमला ​​कोणताही पर्याय नाही.

एरोनॉटिक्स आणि एस्ट्रोनॉटिक्स

हेलियमचा वापर फुगे आणि हवाई जहाजांमध्येही केला जातो. हेलियम हवेपेक्षा हलका असल्यामुळे, हवाई जहाजे आणि फुगे हेलियमने भरले जातात. हेलियमचा फायदा असा आहे की तो ज्वलनशील नाही, जरी हायड्रोजन अधिक उत्प्लावक आहे आणि पडद्यातून बाहेर पडण्याचा त्याचा दर कमी आहे. याचा आणखी एक दुय्यम उपयोग रॉकेट तंत्रज्ञानामध्ये होतो, जिथे साठवण टाक्यांमधील इंधन आणि ऑक्सिडायझरला विस्थापित करण्यासाठी आणि रॉकेट इंधन बनवण्यासाठी हायड्रोजन व ऑक्सिजनचे संघनन करण्यासाठी हेलियमचा वापर 'लॉस मीडियम' म्हणून केला जातो. प्रक्षेपणापूर्वी जमिनीवरील सहाय्यक उपकरणांमधून इंधन आणि ऑक्सिडायझर काढून टाकण्यासाठी, तसेच अंतराळयानातील द्रव हायड्रोजनला पूर्व-थंड करण्यासाठीही याचा वापर केला जाऊ शकतो. अपोलो कार्यक्रमात वापरल्या गेलेल्या सॅटर्न व्ही रॉकेटमध्ये, प्रक्षेपणासाठी सुमारे ३७०,००० घनमीटर (१३ दशलक्ष घनफूट) हेलियमची आवश्यकता होती.

पाइपलाइन गळती शोधणे आणि शोध विश्लेषण

हेलियमचा आणखी एक औद्योगिक उपयोग म्हणजे गळती शोधणे. द्रव आणि वायू असलेल्या प्रणालींमधील गळती शोधण्यासाठी गळती शोधण्याच्या तंत्राचा वापर केला जातो. हेलियम हवेपेक्षा तीन पट वेगाने घन पदार्थांमधून पसरत असल्यामुळे, उच्च-निर्वात उपकरणे (जसे की क्रायोजेनिक टाक्या) आणि उच्च-दाब पात्रांमधील गळती शोधण्यासाठी त्याचा ट्रेसर वायू म्हणून वापर केला जातो. वस्तू एका चेंबरमध्ये ठेवली जाते, जो नंतर निर्वात करून हेलियमने भरला जातो. 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) इतक्या कमी गळतीच्या दरावरही, गळतीमधून बाहेर पडणारा हेलियम एका संवेदनशील उपकरणाद्वारे (हेलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर) शोधला जाऊ शकतो. मोजमाप प्रक्रिया सामान्यतः स्वयंचलित असते आणि तिला हेलियम इंटिग्रेशन टेस्ट म्हणतात. दुसरी, सोपी पद्धत म्हणजे संबंधित वस्तू हेलियमने भरणे आणि हाताने धरता येणाऱ्या उपकरणाचा वापर करून गळती शोधणे.

हेलियमचा वापर गळती शोधण्यासाठी केला जातो कारण तो सर्वात लहान आणि एक-अणू रेणू आहे, त्यामुळे त्याची गळती सहज होते. गळती शोधताना वस्तूमध्ये हेलियम वायू भरला जातो आणि जर गळती झाली, तर हेलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर गळतीचे ठिकाण शोधू शकतो. रॉकेट, इंधन टाक्या, उष्णता विनिमयक (हीट एक्सचेंजर), गॅस लाईन्स, इलेक्ट्रॉनिक्स, टेलिव्हिजन ट्यूब आणि इतर उत्पादन घटकांमधील गळती शोधण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जाऊ शकतो. हेलियमचा वापर करून गळती शोधण्याचा पहिला उपयोग मॅनहॅटन प्रकल्पादरम्यान युरेनियम संवर्धन प्रकल्पांमधील गळती शोधण्यासाठी केला गेला. गळती शोधण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या हेलियमऐवजी हायड्रोजन, नायट्रोजन किंवा हायड्रोजन आणि नायट्रोजनचे मिश्रण वापरले जाऊ शकते.

वेल्डिंग आणि धातूकाम

इतर अणूंच्या तुलनेत हेलियम वायूची आयनीकरण संभाव्य ऊर्जा जास्त असल्यामुळे, आर्क वेल्डिंग आणि प्लाझ्मा आर्क वेल्डिंगमध्ये त्याचा वापर संरक्षक वायू म्हणून केला जातो. वेल्डच्या सभोवतालचा हेलियम वायू वितळलेल्या अवस्थेत धातूचे ऑक्सिडीकरण होण्यापासून रोखतो. हेलियमच्या उच्च आयनीकरण संभाव्य ऊर्जेमुळे बांधकाम, जहाजबांधणी आणि एरोस्पेसमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या टायटॅनियम, झिरकोनियम, मॅग्नेशियम आणि ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंसारख्या भिन्न धातूंचे प्लाझ्मा आर्क वेल्डिंग करणे शक्य होते. जरी शिल्डिंग गॅसमधील हेलियमच्या जागी आर्गॉन किंवा हायड्रोजन वापरता येत असले, तरी प्लाझ्मा आर्क वेल्डिंगसाठी काही धातू (जसे की टायटॅनियम-हेलियम) बदलता येत नाहीत. कारण हेलियम हा एकमेव वायू आहे जो उच्च तापमानात सुरक्षित असतो.

स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग हे विकासाच्या सर्वात सक्रिय क्षेत्रांपैकी एक आहे. हेलियम हा एक निष्क्रिय वायू आहे, म्हणजेच इतर पदार्थांच्या संपर्कात आल्यावर त्याच्यात कोणतीही रासायनिक अभिक्रिया होत नाही. हे वैशिष्ट्य वेल्डिंग संरक्षण वायूंच्या बाबतीत विशेषतः महत्त्वाचे आहे.

हेलियम उष्णतेचे उत्तम वहन करतो. म्हणूनच, ज्या ठिकाणी वेल्डची ओलावा शोषण्याची क्षमता सुधारण्यासाठी जास्त उष्णतेची आवश्यकता असते, अशा वेल्डिंगमध्ये याचा सामान्यतः वापर केला जातो. वेल्डिंगचा वेग वाढवण्यासाठीही हेलियम उपयुक्त आहे.

दोन्ही वायूंच्या चांगल्या गुणधर्मांचा पुरेपूर फायदा घेण्यासाठी, संरक्षक वायूंच्या मिश्रणात हेलियम सामान्यतः आर्गॉनसोबत वेगवेगळ्या प्रमाणात मिसळला जातो. उदाहरणार्थ, वेल्डिंग दरम्यान अधिक रुंद आणि कमी खोल प्रवेशमार्ग (पेनेट्रेशन मोड्स) मिळण्यास मदत करण्यासाठी हेलियम एक संरक्षक वायू म्हणून काम करतो. परंतु, आर्गॉनप्रमाणे हेलियम स्वच्छता प्रदान करत नाही.

परिणामी, धातू उत्पादक अनेकदा त्यांच्या कार्यप्रक्रियेचा भाग म्हणून हेलियममध्ये आर्गॉन मिसळण्याचा विचार करतात. गॅस शील्डेड मेटल आर्क वेल्डिंगसाठी, हेलियम/आर्गॉन मिश्रणामध्ये हेलियमचा वाटा २५% ते ७५% असू शकतो. संरक्षक वायू मिश्रणाची रचना समायोजित करून, वेल्डर वेल्डच्या उष्णता वितरणावर प्रभाव टाकू शकतो, ज्यामुळे वेल्ड मेटलच्या क्रॉस सेक्शनच्या आकारावर आणि वेल्डिंगच्या गतीवर परिणाम होतो.

इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उद्योग

हेलियम हा एक निष्क्रिय वायू असल्याने तो इतका स्थिर असतो की तो इतर कोणत्याही मूलद्रव्यांशी क्वचितच अभिक्रिया करतो. या गुणधर्मामुळे आर्क वेल्डिंगमध्ये त्याचा वापर संरक्षक कवच म्हणून केला जातो (हवेतील ऑक्सिजनचे प्रदूषण रोखण्यासाठी). सेमीकंडक्टर आणि ऑप्टिकल फायबर निर्मितीसारखे हेलियमचे इतरही महत्त्वपूर्ण उपयोग आहेत. याव्यतिरिक्त, खोल पाण्यात डुबकी मारताना रक्तप्रवाहात नायट्रोजनचे बुडबुडे तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी आणि त्यामुळे डायव्हिंग सिकनेस टाळण्यासाठी, तो नायट्रोजनची जागा घेऊ शकतो.

जागतिक हेलियम विक्रीचे प्रमाण (२०१६-२०२७)

जागतिक हेलियम बाजारपेठ २०२० मध्ये १८२५.३७ दशलक्ष अमेरिकन डॉलर्सवर पोहोचली आणि २०२७ पर्यंत ५.६५% (२०२१-२०२७) च्या चक्रवाढ वार्षिक वाढ दराने (CAGR) २७४२.०४ दशलक्ष अमेरिकन डॉलर्सपर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे. येत्या काही वर्षांत या उद्योगात मोठी अनिश्चितता आहे. या शोधनिबंधातील २०२१-२०२७ साठीचा अंदाज डेटा हा गेल्या काही वर्षांच्या ऐतिहासिक घडामोडी, उद्योग तज्ञांची मते आणि या शोधनिबंधातील विश्लेषकांच्या मतांवर आधारित आहे.

हेलियम उद्योग हा नैसर्गिक संसाधनांवर अवलंबून असल्यामुळे अत्यंत केंद्रित आहे आणि त्याचे जागतिक उत्पादक मर्यादित असून ते प्रामुख्याने अमेरिका, रशिया, कतार आणि अल्जेरियामध्ये आहेत. जगात, ग्राहक क्षेत्र अमेरिका, चीन, युरोप इत्यादी देशांमध्ये केंद्रित आहे. या उद्योगात अमेरिकेचा मोठा इतिहास आणि अढळ स्थान आहे.

अनेक कंपन्यांचे अनेक कारखाने असतात, परंतु ते सहसा त्यांच्या लक्ष्यित ग्राहक बाजारपेठांच्या जवळ नसतात. त्यामुळे, उत्पादनाच्या वाहतुकीचा खर्च जास्त येतो.

पहिल्या पाच वर्षांपासून उत्पादनात खूप हळू वाढ झाली आहे. हेलियम हा एक अनवीकरणीय ऊर्जा स्रोत आहे आणि उत्पादक देशांमध्ये त्याचा वापर अविरतपणे सुरू राहावा यासाठी धोरणे लागू आहेत. काहींच्या मते भविष्यात हेलियम संपून जाईल.

या उद्योगात आयात आणि निर्यातीचे प्रमाण मोठे आहे. जवळजवळ सर्व देश हेलियम वापरतात, पण केवळ काही देशांकडेच हेलियमचे साठे आहेत.

हेलियमचे अनेक उपयोग आहेत आणि ते अधिकाधिक क्षेत्रांमध्ये उपलब्ध होईल. नैसर्गिक संसाधनांची कमतरता लक्षात घेता, भविष्यात हेलियमची मागणी वाढण्याची शक्यता आहे, ज्यामुळे योग्य पर्यायांची आवश्यकता भासेल. २०२१ ते २०२६ पर्यंत हेलियमच्या किमती $१३.५३ / m3 (२०२०) पासून $१९.०९ / m3 (२०२७) पर्यंत वाढत राहण्याची अपेक्षा आहे.

हा उद्योग अर्थशास्त्र आणि धोरणांमुळे प्रभावित होतो. जागतिक अर्थव्यवस्था सुधारत असल्यामुळे, अधिकाधिक लोक पर्यावरणीय मानके सुधारण्याबद्दल चिंतित आहेत, विशेषतः मोठी लोकसंख्या आणि जलद आर्थिक वाढ असलेल्या अविकसित प्रदेशांमध्ये, त्यामुळे हेलियमची मागणी वाढेल.

सध्या, प्रमुख जागतिक उत्पादकांमध्ये रासगॅस, लिंडे ग्रुप, एअर केमिकल, एक्सॉनमोबिल, एअर लिक्विड (डीझेड) आणि गॅझप्रॉम (आरयू) इत्यादींचा समावेश आहे. २०२० मध्ये, पहिल्या ६ उत्पादकांचा विक्रीतील वाटा ७४% पेक्षा जास्त असेल. येत्या काही वर्षांत या उद्योगातील स्पर्धा अधिक तीव्र होण्याची अपेक्षा आहे.

एचएल क्रायोजेनिक उपकरणे

द्रवरूप हेलियम संसाधनांची कमतरता आणि वाढत्या किमतीमुळे, त्याच्या वापर आणि वाहतूक प्रक्रियेत होणारे नुकसान आणि पुनर्प्राप्ती कमी करणे महत्त्वाचे आहे.

१९९२ मध्ये स्थापित झालेला एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट हा एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कं, लि. शी संलग्न असलेला एक ब्रँड आहे. एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट ग्राहकांच्या विविध गरजा पूर्ण करण्यासाठी हाय व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड क्रायोजेनिक पायपिंग सिस्टीम आणि संबंधित सपोर्ट इक्विपमेंटच्या डिझाइन आणि निर्मितीसाठी वचनबद्ध आहे. व्हॅक्यूम इन्सुलेटेड पाईप आणि फ्लेक्झिबल होज हे हाय व्हॅक्यूम आणि मल्टी-लेयर मल्टी-स्क्रीन विशेष इन्सुलेटेड मटेरियलमध्ये तयार केले जातात आणि अत्यंत कठोर तांत्रिक प्रक्रिया व हाय व्हॅक्यूम उपचारांच्या मालिकेतून जातात, ज्यांचा उपयोग द्रव ऑक्सिजन, द्रव नायट्रोजन, द्रव आर्गॉन, द्रव हायड्रोजन, द्रव हेलियम, द्रवीकृत इथिलीन वायू (LEG) आणि द्रवीकृत नैसर्गिक वायू (LNG) यांच्या हस्तांतरणासाठी केला जातो.

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनीमधील व्हॅक्यूम जॅकेटेड पाईप, व्हॅक्यूम जॅकेटेड होज, व्हॅक्यूम जॅकेटेड व्हॉल्व्ह आणि फेज सेपरेटर या उत्पादन श्रेणी अत्यंत कठोर तांत्रिक प्रक्रियांच्या मालिकेतून पार पडल्या असून, त्यांचा उपयोग द्रव ऑक्सिजन, द्रव नायट्रोजन, द्रव आर्गॉन, द्रव हायड्रोजन, द्रव हेलियम, एलईजी (LEG) आणि एलएनजी (LNG) यांच्या हस्तांतरणासाठी केला जातो. तसेच, ही उत्पादने वायू विलगीकरण, वायू, विमानचालन, इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टर, चिप्स, ऑटोमेशन असेंब्ली, अन्न व पेय, औषधनिर्माण, रुग्णालय, बायोबँक, रबर, नवीन सामग्री उत्पादन, रासायनिक अभियांत्रिकी, लोह व पोलाद आणि वैज्ञानिक संशोधन इत्यादी उद्योगांमधील क्रायोजेनिक उपकरणांसाठी (उदा. क्रायोजेनिक टाक्या, देवार्स आणि कोल्डबॉक्सेस इत्यादी) सेवा पुरवतात.

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी लिंडे, एअर लिक्विड, एअर प्रॉडक्ट्स (एपी), प्रॅक्सएअर, मेसर, बीओसी, इवातानी आणि हांगझोऊ ऑक्सिजन प्लांट ग्रुप (हांगयांग) इत्यादींची पात्र पुरवठादार/विक्रेता बनली आहे.