Jak wygląda proces produkcji helu na świecie

Hel, najlżejszy z gazów szlachetnych, to pierwiastek o wyjątkowych właściwościach, którego znaczenie dla współczesnego przemysłu i zaawansowanych technologii jest fundamentalne. Choć w kosmosie jest drugim najpowszechniejszym pierwiastkiem po wodorze, na Ziemi jego zasoby są ograniczone i nieodnawialne, co czyni go surowcem krytycznym. W tej globalnej układance Polska odgrywa szczególną rolę, będąc jedynym producentem helu w Unii Europejskiej. Zrozumienie procesu, jakim jest produkcja helu, jest więc sprawą kluczową.

Skąd bierze się hel na Ziemi?

Naturalne występowanie helu na naszej planecie jest ściśle związane ze złożami gazu ziemnego. Hel powstaje w wyniku trwającego miliony lat, naturalnego rozkładu radioaktywnego ciężkich pierwiastków, takich jak uran i tor, obecnych w skorupie ziemskiej. Cząsteczki helu, będące efektem tego procesu, gromadzą się w porowatych skałach, skąd są następnie wydobywane wraz z gazem ziemnym.

W Polsce zasoby wydobywalne helu są udokumentowane głównie na Niżu Polskim. Większość złóż, charakteryzujących się średnią koncentracją helu od 0,22% do 0,42% objętości gazu, zlokalizowana jest w południowej części monokliny przedsudeckiej, w rejonie Zielonej Góry, Rawicza i Odolanowa. Horyzontami gazonośnymi są tam utwory czerwonego spągowca, wapienia cechsztyńskiego oraz dolomitu głównego. Wyjątkiem jest złoże Trzebusz w północno-zachodniej części segmentu pomorskiego, gdzie hel występuje w piaskowcowych utworach karbonu.

Od złoża do czystego produktu: etapy produkcji helu

Produkcja helu to skomplikowany, wieloetapowy proces, który wymaga zaawansowanych technologii, zwłaszcza ze względu na bardzo niskie temperatury niezbędne do jego oddzielenia od innych gazów. Hel jest zazwyczaj domieszką w gazie ziemnym, którego głównym składnikiem jest metan, a w przypadku polskich złóż - również azot.

Cały proces można podzielić na kilka kluczowych etapów:

• Wstępne oczyszczanie gazu ziemnego - po wydobyciu ze złoża gaz ziemny jest poddawany pierwszym procesom oczyszczania. Usuwa się z niego wodę i kondensaty (mieszaniny węglowodorów), dwutlenek węgla (np. metodą absorpcji aminowej), a także wilgoć (za pomocą sit molekularnych) oraz cięższe węglowodory (w adsorberach z węglem aktywnym). Po tych zabiegach typowy skład mieszaniny to około dwie trzecie metanu, jedna trzecia azotu i około 0,2% helu,

• Niskotemperaturowa destylacja (kriogeniczny rozdział) - najważniejszym etapem w odzysku helu jest zastosowanie technologii niskotemperaturowej. Mieszanina gazów jest schładzana do temperatur poniżej -160°C. W tych warunkach wykorzystuje się różnice w temperaturze wrzenia poszczególnych składników. Metan ulega skropleniu i w postaci ciekłego gazu ziemnego (LNG) jest odseparowywany, a następnie regazyfikowany i wtłaczany do sieci gazowej. Pozostaje gazowa mieszanina azotu z helem,

• Dalsze oczyszczanie i skraplanie - uzyskany w ten sposób koncentrat helu (około 80% czystości) wymaga dalszych etapów doczyszczania. Odbywa się to poprzez kolejne obniżanie temperatury i usuwanie kolejno skraplających się gazów:

  • usunięcie wodoru poprzez jego utlenienie, a następnie wody powstałej w tej reakcji,
  • pozbycie się pozostałości azotu i tlenu,
  • usunięcie argonu, co wymaga już temperatury poniżej -250°C.

  W tych ekstremalnych warunkach w fazie gazowej pozostaje już niemal wyłącznie hel. Aby go skroplić, temperaturę obniża się jeszcze bardziej, do poziomu poniżej -268°C. Ciekły hel jest następnie magazynowany i transportowany w specjalistycznych dewarach i kontenerach ISO, które zapewniają niezwykle skuteczną izolację, często wykorzystującą głęboką próżnię.

W Polsce ośrodkiem specjalizującym się w produkcji helu jest Oddział w Odolanowie, który jako jedyny w Unii Europejskiej prowadzi przemysłowy odzysk helu z gazu ziemnego. Wspomagany jest przez instalacje odazotowania w Grodzisku Wielkopolskim oraz instalacje membranowe, np. przy kopalni Kościan-Brońsko, gdzie membrany te należą do pierwszych na świecie przeznaczonych do komercyjnego pozyskiwania helu. Cały odzyskany surowiec trafia jednak do Odolanowa, gdzie jest ostatecznie doczyszczany i skraplany.

Polska w kontekście globalnej produkcji helu

Polska, jako jeden z zaledwie sześciu krajów na świecie, może pochwalić się własną produkcją helu. Roczna produkcja helu w Polsce od kilku lat utrzymuje się na poziomie około 3 milionów metrów sześciennych. Jest to strategicznie ważne dla Europy, zwłaszcza w obliczu globalnych wyzwań związanych z dostępnością tego surowca.

W 2025 roku stan wydobywalnych zasobów helu w Polsce wynosił 22,23 mln m³, co podkreśla znaczenie krajowych źródeł w zapewnieniu ciągłości dostaw. Posiadanie własnej bazy produkcyjnej wewnątrz granic UE skraca łańcuch dostaw i eliminuje ryzyka logistyczne oraz geopolityczne, stając się "bezpiecznikiem" dla krytycznej infrastruktury medycznej i naukowo-badawczej.

Niezastąpione zastosowania helu

Hel, dzięki swoim unikalnym właściwościom – najniższej temperaturze wrzenia (-268,9°C), całkowitej obojętności chemicznej i niewielkiej molekule – jest niezastąpiony w wielu dziedzinach:

• Medycyna: jest podstawowym chłodziwem dla magnesów nadprzewodzących w urządzeniach do rezonansu magnetycznego (MRI) oraz w spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), umożliwiając precyzyjną diagnostykę i badania naukowe.
• Nauka i badania: wykorzystywany w akceleratorach cząstek (np. Wielki Zderzacz Hadronów) do chłodzenia nadprzewodzących magnesów, co pozwala na prowadzenie eksperymentów na granicy współczesnej fizyki.
• Przemysł kosmiczny: służy do przedmuchiwania zbiorników kriogenicznych oraz utrzymywania w stanie ciekłym wodoru, używanego jako paliwo rakietowe.
• Przemysł elektroniczny i półprzewodnikowy: niezbędny w procesach fotolitografii, wzroście kryształów krzemu oraz w produkcji światłowodów, gdzie zapewnia obojętną atmosferę ochronną.
• Spawalnictwo: jako obojętny gaz osłonowy chroni spaw przed utlenieniem w procesach spawania metodą MIG/MAG i TIG.
• Testowanie szczelności: dzięki niewielkiej molekule jest idealny do wykrywania nawet najmniejszych nieszczelności w układach klimatyzacyjnych, poduszkach powietrznych czy innych instalacjach.
• Gazy nośne: stosowany jako gaz nośny w chromatografii gazowej (GC) w laboratoriach analitycznych.
• Balony i sterowce: jako lżejszy od powietrza i niepalny gaz, tradycyjnie wykorzystywany do napełniania balonów.

Wyzwania przyszłości

Ograniczona dostępność zasobów helu i jego nieodnawialny charakter stanowią największe wyzwanie dla globalnej produkcji helu. W miarę wyczerpywania się złóż gazu ziemnego konieczne staje się poszukiwanie nowych źródeł, choć pozyskiwanie helu z atmosfery jest wielokrotnie droższe. Rośnie również znaczenie recyklingu helu w zastosowaniach, gdzie jest to możliwe (np. w urządzeniach MRI), co pozwala na jego ponowne wykorzystanie. Globalne zapotrzebowanie na hel rośnie, napędzane rozwojem technologii, co sprawia, że stabilność dostaw i sprawna produkcja helu są kwestiami o strategicznym znaczeniu dla wielu gałęzi gospodarki.