El almacenamiento y la conservación de helio es un proceso que consiste en mantener los suministros de helio y evitar pérdidas innecesarias.
El helio se produce comercialmente como subproducto de la extracción de gas natural . Hasta mediados de la década de 1990, la Oficina de Minas de los Estados Unidos operaba una instalación de almacenamiento de helio a gran escala para satisfacer las necesidades gubernamentales de helio.
La Ley de Privatización del Helio de 1996 y el consiguiente aumento de la demanda de helio han provocado volatilidad en el mercado y la entrada de nuevos productores importantes. La escasez intermitente o los aumentos de precios han motivado a los usuarios de helio a encontrar nuevas formas de ahorrar en el consumo de helio. La falta de suministro de helio puede afectar a los investigadores y a los usuarios industriales de helio, y puede provocar la pérdida de materiales y equipos de investigación.
Ya en 1982 se discutió desde múltiples puntos de vista sobre la posibilidad de escasez de helio. [1] [2] [3] Uno de esos puntos de discusión fue examinar la utilidad del almacenamiento de helio en los Estados Unidos desde una perspectiva económica. [1] [2] [3] La maximización del bienestar resultante de este recurso natural finito fue el punto focal de la gente de esta escuela de pensamiento. [1] [2] [3] Este enfoque económico está representado por el criterio del valor actual. Según este criterio, un recurso se vende idealmente en el momento en que se espera que la ganancia más el interés compuesto sea mayor de lo que será en cualquier momento en el futuro previsible, asegurando así el máximo valor económico. [3] Por otro lado, hubo gente que defendió un enfoque más conservacionista en la creencia de que el criterio del valor actual resultó en un uso demasiado rápido del recurso y muy poca consideración de las necesidades de las generaciones futuras. [3] Algunos científicos sugirieron que el helio debería separarse de tantas fuentes como fuera energéticamente ideal. [3]
Los debates continúan. La escasez mundial de helio en 2006-7 hizo que estas preocupaciones fueran más acuciantes. Esta escasez provocó picos de precios y un corte total del suministro para algunos compradores potenciales. Algunos equipos pueden volverse inútiles o dañarse permanentemente sin un suministro adecuado de helio. Por ejemplo, un suministro ininterrumpido de helio líquido es necesario para un gran número de investigadores universitarios, hospitales, empresas farmacéuticas e industrias de alta tecnología. [4] Sin helio líquido, todas las máquinas de resonancia magnética quedarían inoperativas y actualmente no existe una tecnología de diagnóstico equivalente para reemplazarlas. [4] Como consecuencia, la escasez de helio es un problema muy grave para ciertos grupos. Sin embargo, el helio tiene una gama mucho más amplia de aplicaciones. [3] Se ha utilizado en otros laboratorios de investigación, naves más ligeras que el aire, cohetes, soldadura en condiciones inertes, producción de mezclas respirables para buceo en aguas profundas, terapia respiratoria y en criogenia. [3] Aparte de las aplicaciones de laboratorio y la criogenia, no todos estos usos aprovechan las propiedades únicas del helio, que por lo tanto es reemplazable. [3]
Una consecuencia de los temores a la escasez de helio son los intentos de mejorar el volumen de producción. A los fabricantes de gas natural les resulta rentable recuperar helio de fuentes que contengan más del 0,3 por ciento. [4] Parte de la estrategia de la Ley de Gestión del Helio de 2013, actualmente implementada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos a través de su Oficina de Fabricación Avanzada de Isótopos dentro de la Oficina de Física Nuclear de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos, fue mejorar la economía de la recuperación de helio más allá de ese umbral mediante avances en la tecnología de membranas utilizada en el proceso de producción. [4]
El precio promedio del helio líquido en América del Norte en 2013 fue de alrededor de 6 dólares por litro y representa el extremo inferior del rango de precios; Europa, con alrededor de 10 dólares por litro, está en el medio, mientras que América Latina y Asia gastan el rango más alto de 13 a 15 dólares por litro. [5]
Varias organizaciones de investigación han publicado declaraciones sobre la escasez y la conservación del helio. [6] [4] Entre ellas se encuentran la American Physical Society , que cuenta con aproximadamente 53.000 miembros, la Materials Research Society , una organización internacional con 16.000 miembros, y la American Chemical Society , la sociedad científica más grande del mundo con unos 158.000 miembros. [4] Estas organizaciones publicaron recomendaciones de políticas ya en 1995 y tan tarde como 2016 instando al gobierno de los Estados Unidos a almacenar y conservar helio debido a los límites naturales al suministro de helio y la naturaleza única del elemento. [6] [4] Para los investigadores, el helio es irremplazable porque es esencial para producir temperaturas muy bajas. [4] En los últimos años, las preocupaciones sobre los altos precios y la ocurrencia de una escasez en 2006-7 también han contribuido a los llamados a la conservación del helio y a las medidas para reducir el precio del helio para los investigadores de estas organizaciones. [4] No solo el nivel de los precios impone dificultades a los investigadores, sino también su volatilidad. Como los investigadores a menudo trabajan con presupuestos esencialmente fijos, los aumentos repentinos en el precio del helio conducen a una falta de fondos suficientes para sus proyectos de investigación. [4] [7] Un ejemplo de los Estados Unidos de América demuestra claramente el efecto sobre los presupuestos de los investigadores: mientras que a mediados de la década de 2000, las becas para investigadores individuales de la División de Investigación de Materiales de la National Science Foundation eran de aproximadamente $130.000 anuales, y un investigador típico de baja temperatura gastaba hasta $15.000 de su beca anualmente en helio líquido, en 2015 la beca típica de la División de Investigación de Materiales para un investigador individual apenas ha aumentado a $140.000 por año, mientras que los investigadores ahora tienen que gastar más de $40.000, más de una cuarta parte de su beca, en helio líquido. [4] Actualmente, el helio líquido puede representar más del 30% del costo de algunos proyectos de investigación de baja temperatura. [4]
En respuesta, las organizaciones de investigación han asignado fondos para subvenciones destinadas a la fabricación de licuefactores a pequeña escala con fines de investigación. Según estimaciones de la División de Investigación de Materiales, existen potencialmente cientos de grupos de investigación para los que sería económicamente viable adquirir un sistema de este tipo, pero que no cuentan con los fondos necesarios, ya que sólo una pequeña fracción puede recibir ayuda de dichos programas de subvenciones. [4]
Los altos precios han hecho que las organizaciones de investigación emitan recomendaciones tanto al gobierno de los Estados Unidos como a los investigadores sobre cómo conservar el helio reduciendo el consumo. [4] A raíz de los altos precios, más investigadores han invertido en sistemas de captura de gas para reducir su consumo de helio. [7] Estos sistemas pueden amortizarse en tres años. [4]
Otra medida que se ha tomado para garantizar el suministro de helio a los investigadores de los Estados Unidos es la asociación de la Sociedad Estadounidense de Física y la Sociedad Estadounidense de Química con la Agencia de Logística de Defensa del Departamento de Defensa para crear el Programa de Compra de Helio Líquido, que proporciona helio líquido más asequible y fiable a los miembros del programa. Al combinar las necesidades de los clientes, la Agencia de Logística de Defensa aumenta sustancialmente su poder adquisitivo a la hora de negociar contratos y precios. El programa también se asocia con múltiples proveedores de helio líquido para que sus clientes no estén atados a un solo vendedor. Los inscritos en el programa lograron una entrega más fiable y un ahorro medio del 15 por ciento. [4]
Según estas organizaciones de investigación, ya se están empezando a ver los efectos adversos del alto precio del helio sobre la investigación: los científicos están abandonando áreas de investigación que requieren helio líquido, los profesores están teniendo que recortar la contratación de estudiantes de posgrado y las instituciones están dejando de contratar nuevos profesores en áreas de investigación que requieren el uso de helio líquido. [4]
En 1914, se propuso en Gran Bretaña y Estados Unidos utilizar helio como sustituto del hidrógeno en globos de barrera y aviones. [8]
El primer gran avance en la producción de helio fue la Ley de Conservación del Helio del 3 de marzo de 1925, que estableció un programa de producción y venta bajo el control de una entidad centralizada, la Oficina de Minas de los Estados Unidos . [1] En esa época, se descubrió que el helio permitía a los buceadores permanecer bajo el agua durante más tiempo y ascender en menos tiempo, lo que supuso otra aplicación para el helio. Como reacción al agotamiento de las fuentes de helio, se promulgó la Ley del Helio del 3 de marzo de 1927, que prohibía la venta de helio a países extranjeros y para uso doméstico no gubernamental. [8]
En 1937, una serie de factores colisionaron para impulsar al gobierno de los Estados Unidos a revisar su política de helio y crear la Ley de Helio del 1 de septiembre de 1937. Aparecían nuevos usos para el helio y el Ejército y la Marina de los EE. UU. no necesitaban ni de lejos la producción nacional. Un impulso final lo dio el desastre del Hindenburg , que podría haberse evitado si los alemanes hubieran tenido acceso al helio. [8] La ley autorizó la venta de gas helio que no necesitaba el gobierno de los EE. UU. Esto finalmente condujo a una expansión en el uso de helio en muchas industrias científicas y comerciales, ya que la Oficina de Minas también suministró helio a entidades privadas. La aprobación de esta ley también permitió a los gobiernos extranjeros no hostiles comprar helio para su propio uso comercial. Cuando la Alemania nazi solicitó 18 millones de pies cúbicos de helio para viajes públicos en dirigibles, esto desató un debate en los EE. UU., que condujo a una denegación. [8]
Durante la Segunda Guerra Mundial, la demanda gubernamental seguía siendo muy superior al uso privado y la oferta era suficiente para satisfacer las necesidades gubernamentales (230 millones de pies cúbicos en 1942). [8] Al final de la guerra, la demanda de helio había caído precipitadamente y la mayoría de las plantas de producción cesaron sus operaciones. Esto llevó a la Oficina de Minas a iniciar un programa de conservación de helio en enero de 1945 inyectando el excedente de helio en el yacimiento de gas de Cliffside. [8]
Desde 1917 hasta 1962, la Oficina de Minas fue el principal productor de helio y siguió siendo el único purificador de helio hasta 1963. [1] [2] Hasta principios de la década de 1960, hubo un rápido crecimiento de la demanda gubernamental de helio en los Estados Unidos. Era alimentado por el ejército, especialmente para aplicaciones aeroespaciales como cohetes de combustible líquido para defensa y exploración espacial. [1] [3] [2] La cantidad de helio almacenado era muy pequeña antes de 1962 y la cantidad de helio disponible estaba determinada esencialmente por la producción de gas natural , del cual se separa como un producto secundario, en lugar de por las fuerzas del mercado. [2] [4]
Esta situación cambió a principios de la década de 1960 con la creación de la Reserva Nacional de Helio de los Estados Unidos. [3] En ese momento, la Oficina de Minas negoció contratos a largo plazo con cuatro empresas privadas por primera vez para comprar y almacenar grandes cantidades de helio y estableció un depósito subterráneo en el Campo Cliffside cerca de Amarillo , Texas. [1] [2] [3] El propósito original de esta reserva era almacenar helio en la década de 1960 para uso gubernamental en la década de 1970. [3] Para asegurar que los ingresos de las ventas futuras amortizaran el costo, el Secretario del Interior aumentó el precio del helio de alta pureza de $ 12 por mil pies cúbicos a $ 35. [1] [4] Este salto de precio fue un incentivo para que las empresas privadas ingresaran al mercado y vendieran helio a precios más bajos. [1] [3] [4] Para 1970, también se hizo evidente que el aumento proyectado en la demanda gubernamental no ocurrió y que el helio almacenado en el Campo Cliffside duraría décadas. La combinación de una demanda menor a la proyectada y la competencia privada resultó en pérdidas sostenidas para la Reserva Nacional de Helio. En reacción, el gobierno canceló sus contratos en 1973. [1] [3] Como consecuencia, la tasa de utilización de la capacidad industrial para la producción de helio cayó del 104% en 1966 al 41,7% en 1974. Las compañías de helio involucradas en la operación demandaron al gobierno de los Estados Unidos por incumplimiento de contrato. Los propietarios de la tierra que contenía el gas natural del que se separaba el helio como subproducto demandaron al gobierno por el valor del helio, ya que no podían venderlo a terceros. [3] En la década de 1970, la Oficina de Minas cambió su política para permitir que las empresas privadas almacenaran helio en el campo Cliffside. Esto tuvo un profundo impacto en la industria. Antes de esta decisión, aproximadamente dos mil millones de pies cúbicos de helio se separaban del gas natural anualmente y se vendían 0,6 mil millones de pies cúbicos. Tres años después de la decisión, se vendieron 0,88 mil millones de pies cúbicos, se almacenaron 0,54 mil millones y se separaron y ventilaron 0,98 mil millones de pies cúbicos. Al mismo tiempo, aproximadamente 4,74 mil millones de pies cúbicos no se separaron del gas natural. [3]
En la década de 1990 hubo un rápido crecimiento de la demanda debido al desarrollo de las industrias de la electrónica y la resonancia magnética . Este crecimiento continuó a un ritmo más lento hasta la década de 2010, con la excepción de 2008-2009. [4] [8] Las ventas de la Reserva Nacional de Helio provocaron fluctuaciones tanto en los precios como en la oferta. [4] En este contexto, en 1996 se aprobó en los Estados Unidos la Ley de Privatización del Helio . La Oficina de Administración de Tierras recibió la responsabilidad de operar la Reserva Nacional de Helio y se le encargó recuperar la inversión de los contribuyentes vendiendo su helio crudo a vendedores privados. [8] [4] Una legislación más reciente destinada a privatizar completamente el mercado del helio requiere que la Oficina de Administración de Tierras venda la gran mayoría de la reserva durante los próximos años y cese sus operaciones en 2021. [4] Después de los problemas con el suministro de helio en 2012-2013, el Congreso de los Estados Unidos actuó para extender la vida de la reserva. [8] [7]
Aunque antes la mayoría de las tecnologías de producción de helio estaban en los Estados Unidos, lentamente aparecieron otros países productores, y Qatar, Canadá, Argelia y Rusia son productores del gas. [9] [7] [4] [8] En 2015, esta nueva producción resultó en un excedente de oferta sobre la demanda. [4] Estados Unidos, que históricamente ha sido un exportador de helio, pronto se convertirá en un importador por primera vez en su historia. [8] Desde 2013, el centro de helio más grande del mundo ya no se encuentra en los Estados Unidos de América, sino en Qatar, que produce 1.300 millones de pies cúbicos de helio por año a partir de un solo proyecto y satisface el 25% de la demanda mundial. [8] Un desafío relacionado con llevar nuevas fuentes de helio al mercado es que generalmente requiere financiamiento de capital de riesgo . [8] Otro desafío es que el precio de venta actual del helio de US Cliffside es demasiado bajo para alentar a más productores nuevos a ingresar al campo. [8]