Na próxima vez que você comprar balões para sua grande festa, lembre-se de que o gás hélio nesses balões é destinado às estrelas. O hélio é tão leve que escapa facilmente da gravidade da Terra, e todo o hélio acabará por chegar ao espaço. Tal como os combustíveis fósseis, o hélio é um recurso limitado.



A escassez de hélio tornou-se um problema agudo para muitos pesquisadores. Desde o início de 2022, vários factores exerceram pressão sobre o mercado global de hélio, incluindo a potencial venda das reservas públicas de hélio e da infra-estrutura de produção dos EUA, sanções contra a Rússia e uma série de avarias em fábricas de hélio.

Ocorreram quatro escassezes de hélio na última década e estas perturbações afectaram diversas indústrias de alta tecnologia. Além de inflar balões, o hélio desempenha um papel na soldagem de certos metais e na fabricação de semicondutores.

A pesquisa de imagens médicas e análises químicas também usa hélio. O hélio líquido resfriado a –450 ° F (–268 ° C) mantém os ímãs supercondutores em instrumentos como sistemas de ressonância magnética, ou ressonância magnética, e ressonância magnética nuclear, ou NMR, resfriados.

A escassez de hélio pressiona muitas indústrias e, quando ocorre uma escassez, os custos do hélio podem aumentar drasticamente. Até os consumidores podem ser afectados – os preços dos balões de festa insuflados e dos kits de tanques de hélio aumentaram substancialmente.

Hélio em pesquisa:um enigma frio

Tanto os instrumentos de ressonância magnética quanto os de RMN requerem campos magnéticos extremamente fortes para funcionar. A maneira mais eficiente de gerar esses campos utiliza fio supercondutor. Uma corrente elétrica supercondutora gera um campo magnético e, uma vez iniciada, essas correntes podem continuar por décadas sem entrada elétrica adicional.

Mas há um porém. Sem hélio líquido, os fios aquecem rapidamente. Com o tempo, o hélio usado para resfriar os ímãs evapora. A supercondutividade desaparece e o campo magnético se dissipa.

No início deste ano, o LK-99, um potencial novo supercondutor de temperatura ambiente, ganhou as manchetes em todo o mundo. Tal material, se encontrado, poderia eliminar a necessidade de hélio em sistemas de ressonância magnética e RMN.

Até agora, o LK-99 não produziu um avanço na supercondutividade, embora os cientistas ainda estejam à procura de novos materiais supercondutores.

Até que os cientistas encontrem um supercondutor funcional à temperatura ambiente, as instalações de ressonância magnética e RMN precisam de hélio. Uma universidade ou hospital de pequeno a médio porte pode gastar US$ 20.000 por ano em hélio líquido, pois a cada poucos meses seus suprimentos de hélio líquido precisam ser reabastecidos.

Instalações maiores precisam de mais e, nos últimos dois ou três anos, o preço do hélio duplicou. Como resultado, algumas instituições foram forçadas a desenergizar os seus instrumentos. Este processo desliga o campo magnético, interrompendo efetivamente a atividade do instrumento até que a instalação possa comprar hélio novamente.

Novo hélio no horizonte

Uma abordagem para resolver a escassez de hélio envolve a procura de fontes adicionais de hélio. O hélio é normalmente obtido como subproduto da perfuração de gás natural, uma vez que o hélio é coletado no subsolo em bolsas contendo metano e outros hidrocarbonetos.

O metano é um gás de efeito estufa e a queima do gás natural libera dióxido de carbono na atmosfera. O metano e o dióxido de carbono na atmosfera contribuem para as alterações climáticas.

Mas bolsas de hélio que não estão misturadas com gás natural podem existir em locais subterrâneos. Investigadores que pesquisam em África identificaram o que poderá ser uma grande reserva de hélio na região de Rukwa, na Tanzânia.

Pelo menos duas empresas estão ativamente tentando localizar esses bolsões, originários de atividades vulcânicas únicas na área. A perfuração nestes locais poderia ser uma alternativa mais amiga do clima – embora qualquer forma de perfuração tenha impactos ambientais locais.

No início de dezembro de 2023, os níveis de hélio encontrados na perfuração destas bolsas pareciam promissores. A exploração mais recente revela níveis de hélio de pelo menos 2% a 3%, mais de 1.000 vezes os níveis atmosféricos normais. Isto está no mesmo nível de outros locais de perfuração que produzem hélio.

Duas empresas estão actualmente à procura de hélio em África e ambas planeiam continuar a procurar níveis mais elevados de hélio. No entanto, avaliações independentes da indústria estimam que novas instalações de hélio poderão não entrar em funcionamento até 2025 ou mais tarde.

Mesmo assim, estes esforços não resolvem o problema maior – a necessidade de uma fonte renovável de hélio.

Reutilizando o hélio existente

Até que os cientistas tenham supercondutores confiáveis ​​à temperatura ambiente ou encontrem um suprimento ilimitado de hélio, conservar o hélio disponível é o melhor caminho a seguir. Felizmente, isso está se tornando mais fácil de fazer.

Pesquisadores da Universidade Estadual de Iowa começaram a reciclar seu hélio na década de 1960. Desde então, esta tecnologia tornou-se mais barata, e tanto a Fundação Nacional de Ciência dos EUA como os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA financiaram esforços para instalar equipamentos de recuperação de hélio em ambientes de investigação académica.

Estes sistemas estão se tornando mais comuns, mesmo em instalações de RMN menores. E os cientistas, incluindo os investigadores do meu laboratório, estão a ajudar-se mutuamente partilhando as suas experiências na instalação deste equipamento.

Os sistemas de recuperação de hélio envolvem três componentes principais. Primeiro, existe um sistema que transporta o hélio evaporado dos ímãs supercondutores. Este componente monitora a taxa de evaporação e garante um fluxo constante através do sistema.

Em segundo lugar, existe um sistema de recolha. Para instalações grandes, consiste em uma bolsa grande e flexível. A bolsa se expande à medida que coleta o hélio evaporado, armazenando-o temporariamente. Esta bolsa é do tamanho de um carro pequeno e, onde o espaço é uma preocupação, instalações menores podem usar tanques de hélio para armazenamento.

Terceiro, existe um sistema que reliquefaz o hélio gasoso. Este é o componente mais caro e utiliza energia elétrica para resfriar o hélio. Depois de liquefeito, a equipe da instalação transfere o hélio de volta para os ímãs.

Embora a escassez de hélio tenha gerado desafios significativos, muitos cientistas estão otimistas quanto ao futuro. Os pesquisadores continuam a procurar supercondutores à temperatura ambiente. Novas instalações de hélio na Tanzânia poderiam aumentar a oferta. E o acesso mais generalizado a equipamentos de recuperação de hélio está a permitir aos cientistas conservar este valioso recurso.

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.