ฮีเลียมเป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ He และเลขอะตอม 2 เป็นก๊าซในบรรยากาศที่หาได้ยาก ไม่มีสี ไม่มีรส ไม่มีพิษ ไม่ติดไฟ ละลายน้ำได้เพียงเล็กน้อย ความเข้มข้นของฮีเลียมในบรรยากาศอยู่ที่ 5.24 x 10-4 โดยปริมาตร มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด และอยู่ในรูปของก๊าซ ยกเว้นในสภาวะที่หนาวเย็นจัด

ฮีเลียมจะถูกขนส่งเป็นหลักในรูปของก๊าซหรือฮีเลียมเหลว และใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ หลอดไฟ การนำยิ่งยวด เครื่องมือ เซมิคอนดักเตอร์และใยแก้วนำแสง อุณหภูมิต่ำพิเศษ MRI และห้องปฏิบัติการวิจัยวิจัยและพัฒนา

แหล่งกำเนิดความเย็นอุณหภูมิต่ำ

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นแบบเย็นจัดสำหรับแหล่งกำเนิดความเย็นจัด เช่น การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI), สเปกโทรสโกปีด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ (NMR), เครื่องเร่งอนุภาคควอนตัมตัวนำยิ่งยวด, เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่, อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (SQUID), อิเล็กตรอนสปินเรโซแนนซ์ (ESR) และแหล่งกักเก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES), เครื่องกำเนิดตัวนำยิ่งยวด MHD, เซ็นเซอร์ตัวนำยิ่งยวด, ระบบส่งกำลัง, การขนส่งด้วยแม่เหล็ก, แมสสเปกโตรมิเตอร์, แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด, ตัวแยกสนามแม่เหล็กแรงสูง, แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดแบบวงแหวนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันและงานวิจัยเกี่ยวกับอุณหภูมิต่ำอื่นๆ ฮีเลียมทำให้วัสดุและแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งในขณะนั้นความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดจะลดลงเหลือศูนย์ทันที ความต้านทานที่ต่ำมากของตัวนำยิ่งยวดจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมากขึ้น ในกรณีของอุปกรณ์ MRI ที่ใช้ในโรงพยาบาล สนามแม่เหล็กที่แรงกว่าจะให้รายละเอียดในภาพรังสีเอกซ์มากขึ้น

ฮีเลียมถูกนำมาใช้เป็นสารหล่อเย็นยิ่งยวด เนื่องจากฮีเลียมมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำที่สุด ไม่แข็งตัวที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ 0 เคลวิน และฮีเลียมไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี ทำให้แทบไม่สามารถทำปฏิกิริยากับสารอื่นได้ นอกจากนี้ ฮีเลียมยังกลายเป็นของเหลวยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2 เคลวิน จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีการนำคุณสมบัติการเคลื่อนที่สูงพิเศษนี้มาใช้ในงานอุตสาหกรรมใดๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 17 เคลวิน ไม่พบสารทำความเย็นชนิดใดที่สามารถทดแทนฮีเลียมได้

การบินและอวกาศ

ฮีเลียมยังใช้ในบอลลูนและเรือเหาะ เนื่องจากฮีเลียมมีน้ำหนักเบากว่าอากาศ เรือเหาะและบอลลูนจึงบรรจุด้วยฮีเลียม ฮีเลียมมีข้อดีคือไม่ติดไฟ แม้ว่าไฮโดรเจนจะลอยตัวได้ดีกว่าและมีอัตราการหลุดออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ต่ำกว่า การใช้งานรองอีกประการหนึ่งคือในเทคโนโลยีจรวด ซึ่งฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางในการสูญเสียพลังงานเพื่อแทนที่เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ในถังเก็บ และควบแน่นไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อสร้างเชื้อเพลิงจรวด นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำจัดเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ออกจากอุปกรณ์สนับสนุนภาคพื้นดินก่อนการปล่อย และยังสามารถทำความเย็นไฮโดรเจนเหลวในยานอวกาศได้อีกด้วย ในจรวดแซทเทิร์น 5 ที่ใช้ในโครงการอะพอลโล จำเป็นต้องใช้ฮีเลียมประมาณ 370,000 ลูกบาศก์เมตร (13 ล้านลูกบาศก์ฟุต) ในการปล่อย

การตรวจจับและวิเคราะห์การรั่วไหลของท่อ

การใช้งานฮีเลียมในอุตสาหกรรมอีกประการหนึ่งคือการตรวจจับการรั่วไหล การตรวจจับการรั่วไหลใช้ตรวจจับการรั่วไหลในระบบที่มีของเหลวและก๊าซ เนื่องจากฮีเลียมแพร่ผ่านของแข็งได้เร็วกว่าอากาศถึงสามเท่า จึงใช้เป็นก๊าซติดตามเพื่อตรวจจับการรั่วไหลในอุปกรณ์สุญญากาศสูง (เช่น ถังไครโอเจนิก) และภาชนะแรงดันสูง วัตถุจะถูกวางไว้ในห้องซึ่งจะถูกดูดออกและเติมฮีเลียมเข้าไป แม้อัตราการรั่วไหลจะต่ำเพียง 10-9 มิลลิบาร์•ลิตร/วินาที (10-10 ปาสกาล•เมตร/วินาที) ฮีเลียมที่รั่วไหลออกมาจากรอยรั่วก็สามารถตรวจจับได้ด้วยอุปกรณ์ที่มีความไวสูง (เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียม) ขั้นตอนการวัดมักจะเป็นแบบอัตโนมัติและเรียกว่าการทดสอบการรวมตัวของฮีเลียม อีกวิธีที่ง่ายกว่าคือการเติมฮีเลียมลงในวัตถุที่ต้องการทดสอบและค้นหาการรั่วไหลด้วยตนเองโดยใช้อุปกรณ์มือถือ

ฮีเลียมถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลเนื่องจากเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดและเป็นโมเลกุลเดี่ยว ทำให้ฮีเลียมรั่วได้ง่าย ก๊าซฮีเลียมจะถูกเติมเข้าไปในวัตถุระหว่างการตรวจจับการรั่วไหล และหากเกิดการรั่วไหลขึ้น เครื่องวัดมวลฮีเลียมจะสามารถตรวจจับตำแหน่งของการรั่วไหลได้ ฮีเลียมสามารถใช้ตรวจจับการรั่วไหลในจรวด ถังเชื้อเพลิง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อแก๊ส อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หลอดโทรทัศน์ และส่วนประกอบการผลิตอื่นๆ การตรวจจับการรั่วไหลโดยใช้ฮีเลียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในโครงการแมนฮัตตันเพื่อตรวจจับการรั่วไหลที่โรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียม ฮีเลียมสำหรับการตรวจจับการรั่วไหลสามารถทดแทนด้วยไฮโดรเจน ไนโตรเจน หรือส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจน

งานเชื่อมและงานโลหะ

ก๊าซฮีเลียมถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันในการเชื่อมอาร์กและการเชื่อมอาร์กพลาสมา เนื่องจากมีพลังงานศักย์ไอออไนเซชันสูงกว่าอะตอมอื่นๆ ก๊าซฮีเลียมรอบรอยเชื่อมช่วยป้องกันโลหะจากการเกิดออกซิเดชันในสถานะหลอมเหลว พลังงานศักย์ไอออไนเซชันที่สูงของฮีเลียมทำให้สามารถเชื่อมโลหะต่างชนิดที่ใช้ในการก่อสร้าง การต่อเรือ และการบินและอวกาศ เช่น ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม แมกนีเซียม และอะลูมิเนียมอัลลอยด์ได้ แม้ว่าฮีเลียมในก๊าซป้องกันสามารถถูกแทนที่ด้วยอาร์กอนหรือไฮโดรเจนได้ แต่วัสดุบางชนิด (เช่น ไทเทเนียมฮีเลียม) ไม่สามารถทดแทนสำหรับการเชื่อมอาร์กพลาสมาได้ เนื่องจากฮีเลียมเป็นก๊าซชนิดเดียวที่ปลอดภัยต่ออุณหภูมิสูง

หนึ่งในสาขาที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องคือการเชื่อมสแตนเลส ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใดๆ เมื่อสัมผัสกับสารอื่นๆ คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในก๊าซป้องกันการเชื่อม

ฮีเลียมยังนำความร้อนได้ดีอีกด้วย ด้วยเหตุนี้จึงนิยมใช้ในงานเชื่อมที่ต้องการความร้อนสูงเพื่อเพิ่มความสามารถในการเปียกของรอยเชื่อม นอกจากนี้ ฮีเลียมยังมีประโยชน์ในการทำให้รอยเชื่อมมีความเร็วมากขึ้นด้วย

โดยทั่วไปแล้ว ฮีเลียมจะถูกผสมกับอาร์กอนในปริมาณที่แตกต่างกันในส่วนผสมของก๊าซป้องกัน เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่ดีของก๊าซทั้งสองชนิดให้ได้มากที่สุด ยกตัวอย่างเช่น ฮีเลียมทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกันเพื่อช่วยให้มีระยะการแทรกซึมที่กว้างขึ้นและตื้นขึ้นในระหว่างการเชื่อม แต่ฮีเลียมไม่สามารถทำความสะอาดได้เท่าอาร์กอน

ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตโลหะจึงมักพิจารณาการผสมอาร์กอนกับฮีเลียมเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทำงาน สำหรับการเชื่อมโลหะด้วยอาร์กป้องกันด้วยแก๊ส ฮีเลียมอาจประกอบด้วยส่วนผสมของแก๊สในส่วนผสมฮีเลียม/อาร์กอนประมาณ 25% ถึง 75% การปรับส่วนผสมของแก๊สป้องกันจะช่วยให้ช่างเชื่อมสามารถกำหนดการกระจายความร้อนของรอยเชื่อม ซึ่งจะส่งผลต่อรูปร่างของหน้าตัดของโลหะเชื่อมและความเร็วในการเชื่อม

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยที่มีความเสถียรสูงจนแทบไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น คุณสมบัตินี้ทำให้ฮีเลียมถูกนำมาใช้เป็นเกราะป้องกันในการเชื่อมอาร์ก (เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของออกซิเจนในอากาศ) ฮีเลียมยังถูกนำไปใช้ประโยชน์สำคัญอื่นๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์และเส้นใยนำแสง นอกจากนี้ ฮีเลียมยังสามารถทดแทนไนโตรเจนในการดำน้ำลึก เพื่อป้องกันการเกิดฟองไนโตรเจนในกระแสเลือด จึงช่วยป้องกันอาการเมาเรือได้

ปริมาณการขายฮีเลียมทั่วโลก (2016-2027)

ตลาดฮีเลียมทั่วโลกมีมูลค่า 1,825.37 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2563 และคาดว่าจะเติบโตถึง 2,742.04 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2570 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 5.65% (ปี 2564-2570) อุตสาหกรรมนี้ยังมีความไม่แน่นอนสูงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ข้อมูลคาดการณ์สำหรับปี 2564-2570 ในบทความนี้อ้างอิงจากพัฒนาการทางประวัติศาสตร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม และความคิดเห็นของนักวิเคราะห์ในบทความนี้

อุตสาหกรรมฮีเลียมมีความเข้มข้นสูง มาจากแหล่งทรัพยากรธรรมชาติ และมีผู้ผลิตทั่วโลกจำนวนจำกัด โดยส่วนใหญ่อยู่ในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย กาตาร์ และแอลจีเรีย ส่วนภาคผู้บริโภคทั่วโลกกระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา จีน และยุโรป เป็นต้น สหรัฐอเมริกามีประวัติศาสตร์อันยาวนานและสถานะที่มั่นคงในอุตสาหกรรมนี้

หลายบริษัทมีโรงงานหลายแห่ง แต่มักไม่ใกล้กับตลาดผู้บริโภคเป้าหมาย ดังนั้นจึงมีต้นทุนการขนส่งสูง

นับตั้งแต่ห้าปีแรก การผลิตเติบโตอย่างช้ามาก ฮีเลียมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ และมีนโยบายในประเทศผู้ผลิตเพื่อให้มั่นใจว่าจะยังคงมีการใช้งานต่อไป บางคนคาดการณ์ว่าฮีเลียมจะหมดลงในอนาคต

อุตสาหกรรมนี้มีสัดส่วนการนำเข้าและส่งออกสูง เกือบทุกประเทศใช้ฮีเลียม แต่มีเพียงไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่มีฮีเลียมสำรอง

ฮีเลียมมีการใช้งานที่หลากหลายและจะแพร่หลายมากขึ้นในหลากหลายสาขา เนื่องจากทรัพยากรธรรมชาติมีจำกัด ความต้องการฮีเลียมจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต ซึ่งจำเป็นต้องมีทางเลือกอื่นที่เหมาะสม คาดว่าราคาฮีเลียมจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2564 ถึง 2569 จาก 13.53 ดอลลาร์สหรัฐ/ลูกบาศก์เมตร (2563) เป็น 19.09 ดอลลาร์สหรัฐ/ลูกบาศก์เมตร (2570)

อุตสาหกรรมนี้ได้รับผลกระทบจากเศรษฐกิจและนโยบาย ขณะที่เศรษฐกิจโลกกำลังฟื้นตัว ผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ต่างกังวลเกี่ยวกับการปรับปรุงมาตรฐานสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่ด้อยพัฒนาซึ่งมีประชากรจำนวนมากและการเติบโตทางเศรษฐกิจที่รวดเร็ว ความต้องการฮีเลียมก็จะเพิ่มสูงขึ้น

ปัจจุบันผู้ผลิตรายใหญ่ของโลก ได้แก่ Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) และ Gazprom (Ru) เป็นต้น โดยในปี 2563 ส่วนแบ่งยอดขายของผู้ผลิต 6 อันดับแรกจะสูงกว่า 74% คาดว่าการแข่งขันในอุตสาหกรรมจะทวีความรุนแรงมากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

อุปกรณ์ไครโอเจนิก HL

เนื่องจากทรัพยากรฮีเลียมเหลวมีไม่เพียงพอและราคาที่สูงขึ้น จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องลดการสูญเสียและการกู้คืนฮีเลียมเหลวในกระบวนการใช้งานและขนส่ง

HL Cryogenic Equipment ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2535 เป็นแบรนด์ในเครือของบริษัท HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment มุ่งมั่นในการออกแบบและผลิตระบบท่อ Cryogenic หุ้มฉนวนสุญญากาศสูง และอุปกรณ์สนับสนุนที่เกี่ยวข้อง เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ท่อและสายยางหุ้มฉนวนสุญญากาศผลิตจากวัสดุฉนวนพิเศษแบบหลายชั้นและสุญญากาศสูง ผ่านกระบวนการปรับสภาพทางเทคนิคที่เข้มงวดและสุญญากาศสูง ซึ่งใช้สำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว ก๊าซเอทิลีนเหลว (LEG) และก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG)

ผลิตภัณฑ์ซีรีส์ท่อหุ้มสูญญากาศ ท่อหุ้มสูญญากาศ วาล์วหุ้มสูญญากาศ และเครื่องแยกเฟสในบริษัท HL Cryogenic Equipment ซึ่งผ่านกระบวนการทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่ง ใช้สำหรับการถ่ายโอนออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว LEG และ LNG และผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการบริการสำหรับอุปกรณ์ไครโอเจนิก (เช่น ถังไครโอเจนิก ดีวาร์ และตู้เย็น ฯลฯ) ในอุตสาหกรรมการแยกอากาศ ก๊าซ การบิน อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำยิ่งยวด ชิป การประกอบระบบอัตโนมัติ อาหารและเครื่องดื่ม ร้านขายยา โรงพยาบาล ธนาคารชีวภาพ ยาง การผลิตวัสดุใหม่ วิศวกรรมเคมี เหล็กและเหล็กกล้า และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ฯลฯ

บริษัท HL Cryogenic Equipment ได้กลายเป็นซัพพลายเออร์/ผู้จำหน่ายที่มีคุณสมบัติของ Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani และ Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) เป็นต้น