ฮีเลียมเป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ He และเลขอะตอม 2 เป็นก๊าซในชั้นบรรยากาศที่หายาก ไม่มีสี ไม่มีรส ไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ และละลายในน้ำได้เพียงเล็กน้อย ความเข้มข้นของฮีเลียมในชั้นบรรยากาศอยู่ที่ 5.24 x 10⁻⁴ เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด และมีอยู่เฉพาะในรูปของก๊าซ ยกเว้นในสภาวะที่หนาวจัด

ฮีเลียมส่วนใหญ่ถูกขนส่งในรูปก๊าซหรือของเหลว และใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ สารกึ่งตัวนำ เลเซอร์ หลอดไฟ ตัวนำยิ่งยวด เครื่องมือวัด สารกึ่งตัวนำและใยแก้วนำแสง การแช่แข็ง การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) และงานวิจัยในห้องปฏิบัติการ

แหล่งความเย็นอุณหภูมิต่ำ

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นแบบไครโอเจนิกสำหรับแหล่งทำความเย็นแบบไครโอเจนิก เช่น การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI), สเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR), เครื่องเร่งอนุภาคควอนตัมตัวนำยิ่งยวด, เครื่องเร่งอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่, อินเตอร์เฟอโรเมตร (SQUID), การเรโซแนนซ์สปินอิเล็กตรอน (ESR), และการจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES), เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวด MHD, เซ็นเซอร์ตัวนำยิ่งยวด, การส่งกำลังไฟฟ้า, การขนส่งด้วยรถไฟแม่เหล็ก, เครื่องวัดมวลสาร, แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด, ตัวแยกสนามแม่เหล็กแรงสูง, แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดแบบวงแหวนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น และงานวิจัยไครโอเจนิกอื่นๆ ฮีเลียมทำให้วัสดุตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กเย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่ง ณ จุดนั้นความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดจะลดลงเหลือศูนย์อย่างฉับพลัน ความต้านทานที่ต่ำมากของตัวนำยิ่งยวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังยิ่งขึ้น ในกรณีของอุปกรณ์ MRI ที่ใช้ในโรงพยาบาล สนามแม่เหล็กที่แรงขึ้นจะสร้างรายละเอียดในภาพรังสีได้มากขึ้น

ฮีเลียมถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นยิ่งยวดเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำที่สุด ไม่แข็งตัวที่ความดันบรรยากาศและ 0 เคลวิน และฮีเลียมเป็นสารเฉื่อยทางเคมี ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้ที่จะทำปฏิกิริยากับสารอื่น นอกจากนี้ ฮีเลียมจะกลายเป็นของไหลยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2 เคลวิน จนถึงปัจจุบัน คุณสมบัติการเคลื่อนที่ยิ่งยวดที่เป็นเอกลักษณ์นี้ยังไม่ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมใดๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 17 เคลวิน ไม่มีสารใดทดแทนฮีเลียมได้ในฐานะสารทำความเย็นในแหล่งกำเนิดความเย็นยิ่งยวด

การบินและอวกาศ

ฮีเลียมยังใช้ในบอลลูนและเรือเหาะด้วย เนื่องจากฮีเลียมเบากว่าอากาศ เรือเหาะและบอลลูนจึงถูกเติมด้วยฮีเลียม ฮีเลียมมีข้อดีคือไม่ติดไฟ แม้ว่าไฮโดรเจนจะลอยตัวได้ดีกว่าและมีอัตราการรั่วซึมออกจากเยื่อหุ้มต่ำกว่าก็ตาม การใช้งานรองอีกอย่างหนึ่งคือในเทคโนโลยีจรวด ซึ่งฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางในการกำจัดเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์ในถังเก็บ และควบแน่นไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อผลิตเชื้อเพลิงจรวด นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการกำจัดเชื้อเพลิงและสารออกซิไดเซอร์จากอุปกรณ์สนับสนุนภาคพื้นดินก่อนการปล่อย และสามารถใช้ในการทำความเย็นล่วงหน้าของไฮโดรเจนเหลวในยานอวกาศได้ ในจรวด Saturn V ที่ใช้ในโครงการ Apollo ต้องใช้ฮีเลียมประมาณ 370,000 ลูกบาศก์เมตร (13 ล้านลูกบาศก์ฟุต) ในการปล่อย

การตรวจจับการรั่วไหลของท่อและการวิเคราะห์การตรวจจับ

อีกหนึ่งการใช้งานทางอุตสาหกรรมของฮีเลียมคือการตรวจจับการรั่วไหล การตรวจจับการรั่วไหลใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลในระบบที่มีของเหลวและก๊าซ เนื่องจากฮีเลียมแพร่ผ่านของแข็งได้เร็วกว่าอากาศถึงสามเท่า จึงถูกใช้เป็นก๊าซติดตามเพื่อตรวจจับการรั่วไหลในอุปกรณ์สุญญากาศสูง (เช่น ถังแช่แข็ง) และภาชนะรับแรงดันสูง วัตถุจะถูกวางไว้ในห้อง จากนั้นจึงดูดอากาศออกและเติมฮีเลียมเข้าไป แม้ในอัตราการรั่วไหลต่ำเพียง 10⁻⁹ มิลลิบาร์•ลิตร/วินาที (10⁻¹⁰ ปาสคาล•ลูกบาศก์เมตร/วินาที) ฮีเลียมที่รั่วไหลออกมาก็สามารถตรวจจับได้ด้วยอุปกรณ์ที่มีความไวสูง (เครื่องวัดมวลฮีเลียม) ขั้นตอนการวัดมักจะเป็นแบบอัตโนมัติและเรียกว่าการทดสอบการรวมฮีเลียม อีกวิธีหนึ่งที่ง่ายกว่าคือการเติมฮีเลียมลงในวัตถุที่ต้องการตรวจสอบและค้นหาการรั่วไหลด้วยตนเองโดยใช้อุปกรณ์พกพา

ฮีเลียมถูกนำมาใช้ในการตรวจจับการรั่วไหลเนื่องจากเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดและเป็นโมเลกุลอะตอมเดี่ยว ดังนั้นฮีเลียมจึงรั่วไหลได้ง่าย ในระหว่างการตรวจจับการรั่วไหล จะมีการเติมก๊าซฮีเลียมเข้าไปในวัตถุ และหากเกิดการรั่วไหล เครื่องวัดมวลฮีเลียมจะสามารถตรวจจับตำแหน่งของการรั่วไหลได้ ฮีเลียมสามารถใช้ตรวจจับการรั่วไหลในจรวด ถังเชื้อเพลิง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อส่งก๊าซ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หลอดโทรทัศน์ และส่วนประกอบการผลิตอื่นๆ การตรวจจับการรั่วไหลโดยใช้ฮีเลียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในโครงการแมนฮัตตันเพื่อตรวจจับการรั่วไหลในโรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียม ฮีเลียมที่ใช้ในการตรวจจับการรั่วไหลสามารถแทนที่ด้วยไฮโดรเจน ไนโตรเจน หรือส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจนได้

การเชื่อมและการแปรรูปโลหะ

ก๊าซฮีเลียมถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันในการเชื่อมแบบอาร์คและการเชื่อมแบบพลาสมาอาร์ค เนื่องจากมีพลังงานศักย์การแตกตัวเป็นไอออนสูงกว่าอะตอมอื่นๆ ก๊าซฮีเลียมที่อยู่รอบรอยเชื่อมจะช่วยป้องกันไม่ให้โลหะเกิดการออกซิเดชันในสถานะหลอมเหลว พลังงานศักย์การแตกตัวเป็นไอออนสูงของฮีเลียมทำให้สามารถเชื่อมโลหะต่างชนิดกันด้วยพลาสมาอาร์คได้ ซึ่งใช้ในงานก่อสร้าง การต่อเรือ และอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เช่น ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสมอะลูมิเนียม แม้ว่าฮีเลียมในก๊าซป้องกันจะสามารถแทนที่ด้วยอาร์กอนหรือไฮโดรเจนได้ แต่ก็มีวัสดุบางชนิด (เช่น ไทเทเนียมฮีเลียม) ที่ไม่สามารถแทนที่ได้สำหรับการเชื่อมแบบพลาสมาอาร์ค เนื่องจากฮีเลียมเป็นก๊าซเพียงชนิดเดียวที่ปลอดภัยที่อุณหภูมิสูง

หนึ่งในด้านที่มีการพัฒนาอย่างคึกคักที่สุดคือการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่ามันจะไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีใดๆ เมื่อสัมผัสกับสารอื่นๆ คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในก๊าซป้องกันการเชื่อม

ฮีเลียมเป็นตัวนำความร้อนที่ดี นี่คือเหตุผลที่มักใช้ในการเชื่อมที่ต้องการความร้อนสูงเพื่อเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะของรอยเชื่อม นอกจากนี้ ฮีเลียมยังมีประโยชน์ในการเร่งความเร็วอีกด้วย

โดยปกติแล้วฮีเลียมจะถูกผสมกับอาร์กอนในปริมาณที่แตกต่างกันในส่วนผสมของก๊าซป้องกัน เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากคุณสมบัติที่ดีของก๊าซทั้งสองชนิด ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกันเพื่อช่วยให้การเชื่อมมีการแทรกซึมที่กว้างและตื้นขึ้น แต่ฮีเลียมไม่สามารถทำความสะอาดได้ดีเท่าอาร์กอน

ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตโลหะจึงมักพิจารณาผสมอาร์กอนกับฮีเลียมเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทำงาน สำหรับการเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าโดยใช้ก๊าซป้องกัน ฮีเลียมอาจเป็นส่วนประกอบ 25% ถึง 75% ของส่วนผสมก๊าซในส่วนผสมฮีเลียม/อาร์กอน การปรับองค์ประกอบของส่วนผสมก๊าซป้องกันจะช่วยให้ช่างเชื่อมสามารถควบคุมการกระจายความร้อนของรอยเชื่อม ซึ่งจะส่งผลต่อรูปทรงของหน้าตัดของโลหะเชื่อมและความเร็วในการเชื่อมได้

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยที่มีความเสถียรสูงมากจนแทบไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นใด คุณสมบัตินี้ทำให้ฮีเลียมถูกนำมาใช้เป็นเกราะป้องกันในการเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้า (เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของออกซิเจนในอากาศ) นอกจากนี้ ฮีเลียมยังมีประโยชน์สำคัญอื่นๆ เช่น ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และการผลิตใยแก้วนำแสง ยิ่งไปกว่านั้น ฮีเลียมยังสามารถใช้แทนไนโตรเจนในการดำน้ำลึกเพื่อป้องกันการเกิดฟองไนโตรเจนในกระแสเลือด ซึ่งจะช่วยป้องกันโรคที่เกิดจากการดำน้ำได้

ปริมาณการขายฮีเลียมทั่วโลก (ปี 2016-2027)

ตลาดฮีเลียมทั่วโลกมีมูลค่า 1,825.37 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2020 และคาดว่าจะสูงถึง 2,742.04 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2027 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) อยู่ที่ 5.65% (ปี 2021-2027) อุตสาหกรรมนี้มีความไม่แน่นอนสูงในอีกหลายปีข้างหน้า ข้อมูลการคาดการณ์สำหรับปี 2021-2027 ในเอกสารนี้อ้างอิงจากพัฒนาการในอดีตในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม และความคิดเห็นของนักวิเคราะห์ในเอกสารนี้

อุตสาหกรรมฮีเลียมมีการกระจุกตัวสูง แหล่งที่มามาจากทรัพยากรธรรมชาติ และมีผู้ผลิตในระดับโลกจำนวนจำกัด โดยส่วนใหญ่อยู่ในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย กาตาร์ และแอลจีเรีย ในระดับโลก ภาคผู้บริโภคกระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา จีน และยุโรป เป็นต้น สหรัฐอเมริกามีประวัติศาสตร์อันยาวนานและมีตำแหน่งที่มั่นคงในอุตสาหกรรมนี้

หลายบริษัทมีโรงงานหลายแห่ง แต่โดยปกติแล้วโรงงานเหล่านั้นมักไม่ได้อยู่ใกล้กับตลาดผู้บริโภคเป้าหมาย ดังนั้นสินค้าจึงมีต้นทุนการขนส่งสูง

นับตั้งแต่ห้าปีแรก การผลิตเติบโตอย่างช้ามาก ฮีเลียมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และประเทศผู้ผลิตได้กำหนดนโยบายเพื่อรับประกันการใช้งานอย่างต่อเนื่อง บางคนคาดการณ์ว่าฮีเลียมจะหมดไปในอนาคต

อุตสาหกรรมนี้มีสัดส่วนการนำเข้าและส่งออกสูง เกือบทุกประเทศใช้ฮีเลียม แต่มีเพียงไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่มีแหล่งสำรองฮีเลียม

ฮีเลียมมีประโยชน์หลากหลายและจะถูกนำไปใช้ในหลายๆ ด้านมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากทรัพยากรธรรมชาติมีจำกัด ความต้องการฮีเลียมจึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในอนาคต ซึ่งจำเป็นต้องมีทางเลือกอื่นที่เหมาะสม คาดว่าราคาฮีเลียมจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2021 ถึง 2026 จาก 13.53 ดอลลาร์สหรัฐต่อลูกบาศก์เมตร (ปี 2020) เป็น 19.09 ดอลลาร์สหรัฐต่อลูกบาศก์เมตร (ปี 2027)

อุตสาหกรรมนี้ได้รับผลกระทบจากเศรษฐกิจและนโยบาย เมื่อเศรษฐกิจโลกฟื้นตัว ผู้คนจำนวนมากขึ้นจะให้ความสำคัญกับการปรับปรุงมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่กำลังพัฒนาซึ่งมีประชากรจำนวนมากและการเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างรวดเร็ว ความต้องการฮีเลียมก็จะเพิ่มขึ้น

ปัจจุบัน ผู้ผลิตรายใหญ่ระดับโลก ได้แก่ Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) และ Gazprom (Ru) เป็นต้น ในปี 2020 ส่วนแบ่งการขายของผู้ผลิต 6 อันดับแรกจะเกิน 74% คาดว่าการแข่งขันในอุตสาหกรรมนี้จะทวีความรุนแรงมากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

อุปกรณ์ไครโอเจนิก HL

เนื่องจากทรัพยากรฮีเลียมเหลวมีจำกัดและราคาสูงขึ้น จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องลดการสูญเสียและการนำฮีเลียมเหลวกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการใช้งานและการขนส่ง

HL Cryogenic Equipment ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1992 เป็นแบรนด์ในเครือของบริษัท HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment มุ่งมั่นในการออกแบบและผลิตระบบท่อส่งของเหลวแช่แข็งแบบฉนวนสุญญากาศสูง และอุปกรณ์สนับสนุนที่เกี่ยวข้อง เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ท่อฉนวนสุญญากาศและท่ออ่อนแบบยืดหยุ่นผลิตจากวัสดุฉนวนพิเศษแบบหลายชั้นหลายระดับที่ใช้ในสภาวะสุญญากาศสูง และผ่านกระบวนการทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งและการบำบัดด้วยสุญญากาศสูง ซึ่งใช้สำหรับการลำเลียงออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว ก๊าซเอทิลีนเหลว (LEG) และก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG)

ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มท่อหุ้มสุญญากาศ สายยางหุ้มสุญญากาศ วาล์วหุ้มสุญญากาศ และอุปกรณ์แยกเฟส ของบริษัท HL Cryogenic Equipment ซึ่งผ่านกระบวนการตรวจสอบทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งหลายขั้นตอน ถูกนำมาใช้ในการลำเลียงออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว LEG และ LNG และผลิตภัณฑ์เหล่านี้ให้บริการสำหรับอุปกรณ์ไครโอเจนิก (เช่น ถังไครโอเจนิก ดิวาร์ และกล่องเย็น ฯลฯ) ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแยกอากาศ ก๊าซ การบิน อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำยิ่งยวด ชิป การประกอบระบบอัตโนมัติ อาหารและเครื่องดื่ม เภสัชกรรม โรงพยาบาล ธนาคารชีวภาพ ยาง การผลิตวัสดุใหม่ วิศวกรรมเคมี เหล็กและเหล็กกล้า และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น

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