Helyum, ciddi tedarik sorunları yaşayan MRI tarayıcıları ve yüksek teknoloji endüstrisi için hayati önem taşıyan bir gazdır. Şimdi araştırma, helyum gazı sahası oluşumunda bu nadir gazı toplum için güvence altına almaya yardımcı olacak yeni bir kavram belirledi. Burada bir plazma topunun varlığında parıldayan bir helyum tüpü görülmektedir. Kredi: Oliver Warr – Ottawa Üniversitesi; AEL AMS Laboratuvarı
- Birçok tıbbi ve endüstriyel süreç için gerekli olan helyum, dünya çapında kritik derecede yetersizdir. Üretim aynı zamanda iklim değişikliğine katkıda bulunan önemli karbon emisyonlarıyla da ilişkilidir.
- Bu çalışma, helyumun neden nadir yerlerde doğal olarak Dünya yüzeyinin hemen altında yüksek konsantrasyonlarda biriktiğini açıklamak için gaz sahası oluşumunda yeni bir kavram sağlar.
- Bulgular, yeni karbonsuz helyum ve potansiyel olarak hidrojen rezervlerinin bulunmasına yardımcı olabilir.
Dr. Anran Cheng (baş yazar, solda) ve Profesör Chris Ballentine (sağda), jeolojik örneklerde helyum izotoplarının ölçümü için ekipman hazırlıyor. Kredi: Sarah Hilton
Oxford Üniversitesi liderliğindeki araştırma, hayati bir toplumsal kaynak olan helyumun mevcut arz krizini tersine çevirmeye yardımcı olabilir. Çalışma, daha önce açıklanamayan helyum açısından zengin rezervuarların varlığını açıklamak için yeni bir model önermektedir. Nature dergisinde bugün (1 Mart 2023) yayınlanan bulgular, kullanılmayan erişilebilir helyum rezervuarlarının bulunmasına yardımcı olabilir.
Dr. Anran Cheng (baş yazar) ve Darren Hillegonds (Ballentine Laboratuvarı) Müdür) jeolojik numunelerde helyum izotoplarının ölçümü için ekipman hazırlamak. Kredi: John Cairns
Dr. Araştırmanın baş yazarı Anran Cheng (Oxford Üniversitesi Yer Bilimleri Bölümü) şunları söyledi: “Modelimiz, helyumun yüksek yayılımını ve önemli gaz miktarlarını biriktirmek için gereken uzun zaman ölçeklerini hesaba katmanın önemini gösteriyor. tüm jeolojik sistem, süreci etkilemek için dinamik olarak hareket eder. Bu model, helyum gazlarını ticari miktarlarda birikecek kadar yavaşlatan ortamları belirlemeye yardımcı olacak yeni bir bakış açısı sağlıyor.”
Helyum açısından zengin nadir gaz sahalarının bulunduğu yerlerde, bunlar her zaman yüksek nitrojen konsantrasyonlarının yanında bulunur. gaz. Şimdiye kadar bununla ilgili bir açıklama yapılmadı. Toronto Üniversitesi ve Durham Üniversitesi’nin de dahil olduğu bu yeni çalışma, ilk kez bir yanıt sağlıyor.
Araştırma ekibi, helyum açısından zengin bu birikintileri hesaba katmak için bir model oluşturdu (ilk kez ) helyumla birlikte derin kabuktan salınan nitrojenin varlığını da hesaba katarak. Yazarlar, nitrojen konsantrasyonunun kaya gözenek boşluğunda gaz kabarcıkları oluşturacak kadar yükseldiği jeolojik koşulları belirlediler.
Böyle bir süreç yüz milyonlarca yıl alabilir, ancak bu gerçekleştiğinde ilgili helyum dışarı kaçar. su gaz kabarcıklarına dönüşür. Bu kabarcıklar, kaldırma kuvveti nedeniyle, kabarcıkların geçmesine izin vermeyen bir kaya türüne çarpana kadar yüzeye doğru yükselir. Modele göre, helyum açısından zengin gaz kabarcıkları daha sonra contanın altında toplanır ve önemli bir gaz alanı oluşturur. Nitrojen ve helyum açısından zengin gazlar metan veya karbon dioksit içermez, bu nedenle bunlara dokunulduğunda karbon emisyonu açığa çıkmaz.
Ballentine Laboratuvarında jeolojik örneklerde helyum izotoplarının ölçümü için kullanılan ekipman. Kredi: Ian Wallman
Araştırmacılar, beklenen nitrojen konsantrasyon değerlerini kullanarak modeli örnek bir sisteme (Williston Basin, Kuzey Amerika) uyguladığında, model gerçek hayatta gözlemlenen nitrojen/helyum oranlarını tahmin etti. Model, helyum açısından zengin benzer birikintiler içermesi muhtemel alanların belirlenmesine yardımcı olabilir.
Helyum, 6 milyar dolarlık (5,3 milyar £) bir pazardır ve gaz, MRI tarayıcılarının, bilgisayar çiplerinin ve fiber optiklerin çalışması için gereklidir. üretim ve son teknoloji nükleer ve kriyojenik uygulamalar. Mevcut küresel bir kıtlık, son yıllarda fiyatların hızla artmasıyla birlikte arzları neredeyse bir kriz noktasına itti. Ukrayna savaşı, küresel helyum talebinin %35’ini karşılaması planlanan yeni Rus Amur tesisinden helyum tedarik edilmesini engellediğinden, durum daha da kötüleşti.
Ekipman Jeolojik örneklerde helyum izotoplarının ölçümü için kullanılan Ballentine Laboratuvarı. Kredi: Ian Wallman
Ayrıca, günümüzde helyumun neredeyse tamamı metan veya karbondioksit doğal gaz üretiminin bir yan ürünüdür. Bu, önemli bir karbon ayak izi taşır ve 2050’ye kadar net sıfır karbon emisyonu elde etme hedeflerini engeller.
Dr. Anran Cheng (baş yazar), Ballentine Laboratuvarında jeolojik örneklerde helyum izotoplarının ölçümü için ekipman hazırlıyor. Kredi: John Cairns
Bu nedenler bir arada, alternatif, karbon içermeyen doğal helyum kaynaklarının belirlenmesinin kritik derecede önemli hale geldiği anlamına gelir.
Model ayrıca, büyük miktarlarda hidrojenin bulunduğu bölgeleri de önerir. helyum oluşturan radyoaktivite suyu hidrojen oluşturmak için ayırdığından, gaz yeraltında birikebilir. 135 milyar dolarlık küresel pazar ile hidrojen, gübre oluşturmak ve gıda, petrokimya ve ilaç endüstrileri için gerekli olan birçok bileşiği üretmek için kullanılıyor. Neredeyse tüm hidrojen gazı şu anda kömür ve doğal gazdan (metan) üretiliyor ve bu tek başına küresel CO2 emisyonlarının %2,3’ünü oluşturuyor. Hidrojen açısından zengin yeraltı yatakları, karbon içermeyen alternatif bir kaynak sağlayabilir.
Araştırmanın ortak yazarlarından Prof. Chris Ballentine (Oxford Üniversitesi, Yer Bilimleri Bölümü) şunları belirtiyor: son 1 milyar yıldaki kıtasal kabuk, toplumun enerji ihtiyaçlarını 100.000 yıldan fazla bir süredir karşılayabilir.”
Ortak yazarlardan Prof. Barbara Sherwood Lollar (Toronto Üniversitesi, Yer Bilimleri Bölümü) şunları ekliyor: “Pek çok bu hidrojen kaçtı, kimyasal olarak reaksiyona girdi veya yer altı mikropları tarafından kullanıldı – ancak dünyanın dört bir yanında yer altının derin yerlerinde gazı incelediğimizde, bu hidrojenin bir kısmının gerçekten de önemli miktarlarda yeraltında depolandığını biliyoruz.”
{13 }Prof Jon Gluyas: (Durham Enerji Enstitüsü/Yer Bilimleri Bölümü, Durham Üniversitesi), ortak yazar şöyle diyor: “Helyum birikimine ilişkin bu yeni anlayış, bize önemli miktarlarda jeolojik hidrojenin nerede olduğunu belirlemeye yönelik bir tarifin kritik başlangıcını sağlıyor.helyum da bulunabilir.”
Referans: “İntrakratonik tortul havzalarda birincil N2-He gaz sahası oluşumu” 1 Mart 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022 -05659-0