Wij mensen verbruiken aardig wat helium. En sommigen vrezen voor een tekort. Maar is die angst terecht en moet de heliumballon misschien in de ban?

De meesten onder ons kennen het wel: tijdens een gezellig feestje met vrienden wat helium inhaleren en dan praten met een piepstemmetje, zoals Donald Duck of een smurf. Maar het edelgas wordt door de consument niet alleen gebruikt voor het Donald Duck-stemmetje. Velen weten hun weg naar de feestwinkel ook te vinden om ballonnen op te blazen. Helium is bij veel feestwinkels dan ook gewoon verkrijgbaar, in tanks, flessen en wat al niet meer. Ondanks dat het gas in grote hoeveelheden op de markt komt, zijn sommige wetenschappers wel bang wat er gebeurt als dit gas ooit ‘op’ raakt. Het gas wordt immers niet alleen verkocht op de consumentenmarkt, maar wordt ook gebruikt voor MRI-scans in ziekenhuizen, voor wetenschappelijk onderzoek aan universiteiten, als koelelement in kerncentrales of voor luchtschepen. Maar moeten we met het oog op dat intensieve gebruik werkelijk vrezen voor een helium-tekort? En wat is helium eigenlijk? We vroegen het Wim Vassen, universitair hoofddocent aan de Vrije Universiteit.

Pierre Janssen (links) en Norman Lockyer (rechts).

Ontdekt in 1868
“Helium is eigenlijk nog niet zo heel lang bekend binnen de wetenschappen,” vertelt Vassen aan Scientias.nl. “Pas in 1868 werd dit edelgas ontdekt door zowel de Fransman Pierre Janssen als de Engelsman Norman Lockyer. Zij deden, onafhankelijk van elkaar, onderzoek naar het licht van de zon tijdens een zonsverduistering, die in 1868 plaatsvond. Met een spectroscoop, een instrument om het lichtspectrum te bestuderen, ontdekten beide wetenschappers onbekende lijnen in het spectrum van de zon. Janssen en Lockyer waren verheugd over hun (onafhankelijke) ontdekking.” De Engelse wetenschapper Edward Franckland bevestigde de nieuwe ontdekking van Janssen en Lockyer en stelde voor het nieuwe element naar de zon (helios) te noemen. Omdat hij toen aannam dat dit een nieuwe metaalsoort was, stelde Franckland de naam ‘helium’ voor (metaalsoorten krijgen namelijk ‘ium’ als achtervoegsel). In 1895 bleek echter dat helium geen metaalsoort is, maar een gas, afkomstig van het mineraal cleviet dat uranium bevat. Op 7 december 1905 ontdekten de Amerikanen Cady en McFarland aanzienlijke hoeveelheden helium in een natuurlijk gas in Dexter, Kansas. Zij ontdekten, ondanks de zeldzaamheid van het gas op aarde, dat helium in aanzienlijke hoeveelheden voorkwam op de grote vlakten in Amerika. Na een jaar van onderzoek concludeerden beide wetenschappers dat helium niet zo zeldzaam is als steeds werd aangenomen en dat het in de ruimte eigenlijk een gewoon voorkomend gas is.

“Eén van de meest bijzondere kenmerken van helium is haar kookpunt, namelijk 4K, ofwel 269 graden onder nul”

269 graden onder nul
“Inmiddels weten wij nu wel precies wat helium is en wat het doet,” legt Vassen uit. “Wij weten dat helium een kleur- en geurloos edelgas is, en geen metaalsoort, zoals men aannam in de 19e eeuw. Ook weten wij nu dat helium overal voorkomt, zowel in het binnenste van de aarde als in de ruimte en dat het na waterstof het meest voorkomende gas in het universum is. Eén van de meest bijzondere kenmerken van helium is haar kookpunt, namelijk 4K, ofwel 269 graden onder nul.” Kun je je dat voorstellen? Nauwelijks toch? Het absolute nulpunt is 0 K, dat betekent 273,15 graden onder nul. Geen tot nu toe bekend gas, komt dan ook maar enigszins in de buurt van het kookpunt van helium. Daarom is helium ook een uitermate geschikt koelmiddel voor veel toepassingen die extreem lage temperaturen behoeven, zoals supergeleidende magneten en in kernreactoren. In vloeibare vorm wordt het gas veel gebruikt bij MRI-scans.

Helium is een vluchtig gas, het verdwijnt en komt nooit meer terug.
Foto: Photoholiday / Pixabay

Verdamping
Helium ontstaat door afbraak van onstabiele of radio-actieve chemische elementen in onderaards gesteente. Via allerlei spleten en scheuren in dit gesteente vindt het gas haar weg naar buiten, de lucht in. “Het grootste gedeelte van helium vindt uiteindelijk haar weg naar buiten en verdwijnt via verdamping in de atmosfeer,” vertelt Vassen. Via ‘mining’ kunnen bedrijven helium uit aardgas halen. In aardgas zit ongeveer één procent helium, maar ook uit andere gassen, diep uit de aarde, kan helium worden gewonnen. Vooral in Noord-Amerika zijn veel bronnen te vinden, waaruit het gas kan worden gewonnen. Ergens onder de prairie in Texas, in een natuurlijke zoutkoepel, bevindt zich nog een enorme heliumvoorraad. Toen in 1996 de Koude Oorlog met Rusland ruimschoots voorbij was (helium kan worden gebruikt bij het lanceerbaar maken van raketten), wilde Amerika graag af van de enorme voorraad helium. Door de heliumvoorraad tegen een lage prijs op de markt te dumpen, hoopte Amerika haar investeringen in onder andere de winning en opslag van het helium snel terug te verdienen. “Je kunt je voorstellen dat wetenschappers hier niet blij mee waren. Helium is een vluchtig gas en kan voor allerlei toepassingen gebruikt worden, maar als het eenmaal verbruikt is op de particuliere markt, bijvoorbeeld voor het opblazen van een feestballon of voor het krijgen van een heliumstemmetje op een verjaardag, is het gas weg. Dat gas verdwijnt en komt nooit meer terug.”

“Ik kan mij niet voorstellen dat de mensheid de heliumvoorraad binnen, zeg honderd jaar, verbruikt”

“En dat is zonde, alhoewel ik geloof dat de heliumvoorraad op aarde nooit echt zal opraken. Helium ontstaat namelijk op een natuurlijke manier. De voorraden die wij nu hebben, zijn over de laatste vier miljard jaar ontstaan, in de aarde. Ik kan mij niet voorstellen dat de mensheid dit binnen, zeg honderd jaar, verbruikt,” legt Vassen uit. Vanaf ongeveer 2008 is een kentering zichtbaar op de heliummarkt. Amerikanen dumpen hun voorraden niet meer en de prijs van helium gaat langzaam omhoog. Vassen: “Qatar heeft nu zo’n dertig procent van de helium-markt in handen en hun export ligt door de huidige blokkade stil. Ik verwacht dat de prijs zal blijven stijgen.” Er gaan inmiddels stemmen op om de heliumprijs voor professionele partijen (ziekenhuizen, kerncentrales en universiteiten) lager te houden dan de prijzen op de particuliere markt.

Jupiter

In 2016 kwam goed nieuws uit de Riftvallei in Oost-Afrika. Wetenschappers vonden een nieuw heliumveld, met misschien wel de grootste voorraad helium tot nu toe. Volgens wetenschappers wordt helium gevormd door het radioactieve verval van uranium en thorium, elementen die aanwezig zijn in de gesteenten onder de Riftvallei. Het bijzondere aan deze vallei is dat Afrika op deze plaats langzaam in tweeën breekt en zo overal scheuren ontstaan. Over miljoenen jaren zal het oosten van Afrika losraken van het overige Afrikaanse continent. Dankzij de convectiestromen in de aardmantel en de scheuren die overal ontstaan, komt het helium naar boven. Ondanks deze enorme voorraad zijn wetenschappers nog niet helemaal gerust, want hoe kan deze heliumbron worden ontgonnen? En moeten wetenschappers misschien toch hun blik richten op het heelal? In de ruimte is helium immers in ruime hoeveelheden aanwezig. Niet alleen de zon, maar ook planeten zoals Jupiter beschikken over een enorme hoeveelheid van dit gas. Volgens Vassen en vele andere wetenschappers is dit echter moeilijk te exploreren. “Ik heb werkelijk nog geen idee hoe wij deze voorraden naar de aarde kunnen halen. En als het nu al zou kunnen, dan zijn de kosten enorm hoog. Maar ik denk wel dat hiervoor in de toekomst ooit een oplossing wordt gevonden.”