Cerca nel blog

Loading

16 maggio 2012

Elio: un gas a rischio di estinzione

Bizzarro vero? Avreste mai pensato che un elemento chimico, come l'elio, potesse estinguersi, ovvero sparire dalla faccia della terra? In genere quando si pensa all'estinzione ci si riferisce a creature viventi, animali o piante, ma difficilmente pensiamo che anche cose che non sono vive possono di fatto scomparire.

A rendere maggiormente bizzarra la questione c'è il fatto che l'elio è il secondo elemento per diffusione nell'universo, alle spalle dell'idrogeno che domina questa classifica. Il 24% di tutta la massa dell'universo è composta da elio, quasi tutto prodotto durante i primissimi istanti del Big Bang per poi essere continuamente prodotto, e in parte anche consumato, nel processo di nucleosintesi stellare. Eppure, per lo meno sulla terra, sta diventando un bene prezioso, con le riserve che vanno svuotandosi e ovviamente sempre più caro. E dire che si stima che ogni anno nella crosta terrestre vengono prodotte circa 3000 tonnellate di elio grazie al decadimento alfa dei nuclei pesanti (una particella alfa è infatti un nucleo di elio).


Ma come è possibile?

Come è possibile che il secondo elemento chimico per abbondanza nell'universo se ne stia andando dalla terra? E perché ce ne accorgiamo solo adesso? Se è vero che l'elio è poco diffuso in atmosfera, si parla di alcune parti per milione, è anche vero che sottoterra presenta forti variazioni di concentrazione. In particolare esistono giacimenti di gas naturale che contengono fino al 7% di elio e visto che siamo fortemente interessati all'estrazione del gas fossile per farci combustibili conviene recuperare questa frazione di gas, che oltretutto non brucia affatto, e rispedirla sotto terra nei giacimenti cosiddetti strategici. Il più grande deposito di elio si trova negli Stati Uniti e da lì proviene il 90% dell'elio che utilizziamo quotidianamente, il restante 10% è suddiviso nel mondo con un ruolo sempre più importante per l'Algeria che in un prossimo futuro potrebbe garantire il fabbisogno di elio dell'intera Europa.

Ma a cosa serve? 

Abbiamo già detto che non brucia e quindi non può essere usato come combustibile, ma allora a cosa serve a parte che gonfiare i palloncini delle feste dei bambini? Uno dei primi utilizzi dell'elio fu la sostituzione dell'idrogeno in applicazioni aeronautiche nei dirigibili, ma attualmente il suo utilizzo più comune è come liquido criogenico per raffreddare i magneti superconduttori. A primo acchito questi potrebbero non sembrarci così comuni, ma dovete pensare che oltre agli istituti di ricerca, ci sono anche tutti gli ospedali dotati di dispositivi per la risonanza magnetica nucleare che in buona parte utilizzano questa tipologia di magneti.

Il fatto che non brucia lo rende molto utile in applicazioni in cui è necessario rendere inerte l'aria, come per esempio durante alcune fasi del processo di saldatura o per modificare l'atmosfera di alcuni confezioni di alimenti per prolungarne la conservazione e così via.

Insomma, alla fine dell'800 non ne conoscevamo l'esistenza e tutto l'elio se ne stava tranquillo insieme al gas naturale sottoterra, e adesso invece non sappiamo quasi più farne a meno e lo consumiamo in quantità.

Ma perché si consuma?

Consumare potrebbe non essere il verbo adatto. Infatti il gas viene usato e poi disperso nell'atmosfera terrestre. Mi spiego, quando viene riempito il contenitore del magnete superconduttore con elio liquido, il gas inizierà a evaporare (letteralmente bollire) rilasciando elio nell'aria. Non è come per il metano che viene bruciato e quindi effettivamente consumato; l'utilizzo dell'elio di fatto non lo fa scomparire. Ma allora dove va a finire?

Il problema è proprio questo: l'elio scappa! Avete in mente i razzi che portano gli astronauti nello spazio? Per poter lasciare la superficie terrestre, un oggetto deve possedere una velocità minima, detta velocità di fuga, grazie alla quale è in grado di superare la forza di attrazione gravitazionale che lo tiene legato alla terra. La stessa cosa avviene anche per i gas nel cui caso specifico non c'è un motore ma è legato ad una serie di fenomeni, tra cui la temperatura. Infatti ogni secondo la terra perde 50 grammi circa di elio e quasi 3 chili di idrogeno semplicemente perché questi atomi hanno raggiunto una velocità superiore a quella di fuga. Questi 50 grammi al secondo tendono a bilanciare la produzione dovuta al decadimento alfa, senza contare che ci sono altri e altrettanto importanti meccanismi di fuga, per esempio legati alla ionizzazione e al vento solare. Insomma, una volta che l'elio raggiunge l'atmosfera è solo una questione di tempo prima che se ne scappi via nell'universo. Diverso è il destino dell'idrogeno che nonostante sia più leggero, viene abbondantemente prodotto sulla terra da reazioni chimiche e quindi di fatto, anche se se ne perde molto di più, non rimarremo mai senza.

Si può renderlo un gas protetto?

La domanda sorge spontanea: possiamo istituire una sorta di WWF per la conservazione dell'elio? La risposta è ovvia e come al solito si tratta di un mix tra recupero e eliminazione degli sprechi. Il recupero, anche se non banale, non è impossibile. In un certo senso basta raccogliere il vapore di elio dai vari serbatoi criogenici dei magneti superconduttori per fare già un buon lavoro, anzi, questo gas di recupero può venire compresso e liquefatto nuovamente direttamente in loco. Ad incentivare il recupero e la diminuzione degli sprechi, potrebbe giocare un ruolo importante l'aumento del prezzo a patto che non si traduca nel collasso di quegli istituti di ricerca focalizzati su attività criogeniche che vedrebbero sfumare il loro budget in elio. Per questo motivo, recentemente gli Stati Uniti stanno valutando come assicurare la fornitura di elio agli enti di ricerca anche in caso di scarsa disponibilità trasformando i giacimenti del Texas in depositi strategici.

Chiunque può lasciare commenti su questo blog, ammesso che vengano rispettate due regole fondamentali: la buona educazione e il rispetto per gli altri.

Per commentare potete utilizzare diversi modi di autenticazione, da Google a Facebook e Twitter se non volete farvi un account su Disqus che resta sempre la nostra scelta consigliata.

Potete utilizzare tag HTML <b>, <i> e <a> per mettere in grassetto, in corsivo il testo ed inserire link ipertestuali come spiegato in questo tutorial. Per aggiungere un'immagine potete trascinarla dal vostro pc sopra lo spazio commenti.

A questo indirizzo trovate indicazioni su come ricevere notifiche via email sui nuovi commenti pubblicati.

12 commenti:

  1. Anche nella subacquea di profondità oltre i 40-60 mt. l'elio è usato per "tagliare" la miscela d'aria e rendere l'azoto meno narcotico (miscela trimix), ed è forse il boom di attività subacquee nella fascia tra i 60 e i 100 mt. dove ci sono sempre più persone brevettate abilitate ad andarci, che crea un grosso consumo di questo gas, che essendo usato per respirare, diventa impossibile da recuperare.

    RispondiElimina
  2. ciao @Cesmak , in realtà non credo che le attività subacquee possano contribuire ad un così grande consumo, il grosso sono proprio gli impianti criogenici. Certo che l'aumento di prezzo potrebbe farsi sentire anche in quel settore...

    Una curiosità, qual è la percentuale di elio nella miscela?  

    RispondiElimina
  3.  A tutto questo discorso va aggiunta una nota a parte rigardo l'Elio-3, che è già ultraprotetto dato che la sua mancanza sta turbando tutta la comunità dei "neutronici", che hanno rischiato di restare senza rivelatori.
    http://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CHQQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.pnl.gov%2Fmain%2Fpublications%2Fexternal%2Ftechnical_reports%2FPNNL-18388.pdf&ei=SOWzT7j2DOqk0QWauamdDg&usg=AFQjCNEM4Dzm84rX0YnEOhAESUx1hSf_4w&sig2=sCKmivNMk7ncg_E3reXK1w

    RispondiElimina
  4. ma per quello c'è sempre la luna!!!

    uno dei motivi per cui noi non facciamo più irraggiamenti con He3 è proprio il costo spropositato del gas. Ho conosciuto un ricercato inglese che ha installato un sistema per il recupero dell'He-3 sul suo ciclotrone e lo usa molto di frequente e ha avuto la fortuna di piazzare un grosso ordine prima che il prezzo subisse un'impennata qualche anno fa. In effetti adesso ha un capitale a disposizione!

    RispondiElimina
  5. Gianluca Tresoldi18 maggio 2012 15:19

     Ciao a tutti,
    A questo so rispondere anch'io :)

    Il trimix(chiamata così perché è una miscela di azoto,elio ed ossigeno) può variare le sue percentuali entro certi range a seconda della profondita/tempo d'immesione.

    Si usa, come diceva giustamete Cesmak, per ridurre la pressione parziale dell'ossgeno sotto il livello di tossicità e mitigare gli effetti della narcosi d'azoto.
    Viene impiegata generalmente per immersioni oltre i 40 Mt di profondità (sopra i 40 si può usare il nitrox, una miscela con una maggiore percentuale di ossigeno che riduce gli effetti della narcosi d'azoto, aumenta il tempo d'immersione senza decompressione ma non può essere usata a profondità maggiori, a causa dell'elevata pressione parziale che raggiungerebbe l'ossigeno, diventando tossico).

    Abbiamo tre famiglie di miscele trimix: ipossiche, normossiche e iperossiche con percentuali di ossigeno rispettivamente <18%, comprese tra il 18% e il 21%, e superiori al 21%.
    La percentuale di ossigeno la dobbiamo calcolare in base alla profondità a cui dobbiamo respirare la miscela in modo da non fargli superare una Pp di 1,4 bar.

    Per rispondere infine alla domanda di Toto, trovata la giusta percentuale di O2, addizzioniamo un 25% di HE e completiamo il tutto con N.

    Ho un po' semplificato ma la percentuale di Elio è più o meno questo 25%.
    Non ho sottomano le tabelle o il computer subaqueo ma chiaramente esistono formule ben precise per calcolare il tutto.
    Quando poi si pianifica un immersione particolarmente lunga o profonda è anche possibile preparasi bombole con miscele diverse da usare alle diverse profondità e nelle diverse fasi del'immersione. Ad esempio, prima di risalire, dopo una lunga immersione si può fare una sosta a 5Mt e respirare una miscela decompressiva (anche se forse il termine adatto è desaturizzante :) perché serve ad eliminare i gas inerti che hanno saturato i tessuti alle elevate profondità) composta da ossigeno puro.

    Forse sono stato un po lungo per rispondere un semplice 25%, ma è venerdì pomeriggio e ho poca voglia di lavorare :)

     

    RispondiElimina
  6. Ma che lungo, è sempre un piacere leggere cose interessanti!

    Posso fare un'altra domanda? Dove andate a riempire le bombole? Questi hanno già le miscele pronte o fanno al momento?

    RispondiElimina
  7. Gianluca Tresoldi18 maggio 2012 17:20

    Certo che puoi, io apprendo un sacco di cose interessanti leggendoti... ricambio, in piccolisima parte, il favore ;)

    Per quanto riguarda aria normale e nitrox (arricchita di ossigeno) le bombole si prendono direttamente al diving, oramai la maggior parte sono attrezzati con compressori che, non so con quale tecnica, pescando l'aria in atmosfera riescono a caricare la bombola con miscele anche al 40% d O2.

    Il trimix è più complicato da trovare, dopo aver letto l'articolo ho anche capito il perché: non si può estrarre l'elio direttamente dall'atmosfera ;), le poche volte che l'ho usato sono partito già con le bombole pronte,fatte caricare in un grande negozio di subaquea, diving attrezzati con il trimix in loco ne ho visti molto pochi.

    Un'ulteriore curiosità: è possibile sostituire l'elio con l'idrogeno, ma il suo impiego viene riservato solo per immersioni professionali in quanto, come sicuramente sai,  c'è il rischio che faccia booooooooom!!!

    RispondiElimina
  8. Conoscevo il problema della velocità di fuga per l'idrogeno, ma non per l'elio.
    A quando la fondazione di "Save the Helium" o il WHF (World Helium Fund)? :)


    Io sapevo che la maggior parte dell'elio viene ottenuto dalla distillazione frazionata dell'aria, da quello che leggo mi sa proprio che gli ingegnieri di SIAD mi hanno gabbato, ARGH!

    Stavo pensando a possibili sostituti..

    Assodato che per il raffreddamento è praticamente insostituibile data la sua bassa temperatura di ebollizione, per quale motivo viene utilizzato nelle bombole da sub invece di impiegare l'Argon?
    E' relativamente abbondante, viene ottenuto dalla distillazione frazionata dell'aria e anche meno caro.

    L'unica grossa differenza che vedo è nella densità dei due gas nobili, Elio più leggero di Azoto e Ossigeno mentre Argon più pesante di entrambi, c'entra magari questa caratteristica?

    RispondiElimina
  9. @Daniele, si l'Argon non viene usato perchè data la sua dimensione (in termini di peso atomico) avrebbe dei tempi di saturazione (ma sopratutto di desaturazione) più lunghi, per uscire dai tessuti, e questo è uno svantaggio per le tappe decompressive dove ci si deve liberare del gas assorbito dall'organismo. Complimenti @Tresoldi per le spiegazioni date, non avrei saputo dire meglio.

    RispondiElimina
  10. i sub mica scherzano in preparazione! bravi! 

    RispondiElimina
  11. Si, dal poco che so sulla decompressione l'allungamento dei tempi sono uno svantaggio abbastanza grosso.

    Grazie per la spiegazione.

    RispondiElimina
  12. Gianluca Tresoldi23 maggio 2012 13:01

     Chiaccherando una volta con un ex-subaqueo professonista (ha lavorato per qualche anno avanti e indietro dalle piattaforme petrolifere nei mari del nord europa), quindi a livelli di preparazione cento volte superiori al mio, mi parlava anche del neon che viene impiegato in casi particolari (non ricordo quali), l'unico problema era il costo, qualche migliaio di euro a bombola...

    @Cesmak, grazie per i complimenti, anche se il problema dell'argon troppo pesante non lo conoscevo :)

    RispondiElimina

Chiunque può lasciare commenti su questo blog, ammesso che vengano rispettate due regole fondamentali: la buona educazione e il rispetto per gli altri.

Per commentare potete utilizzare diversi modi di autenticazione, da Google a Facebook e Twitter se non volete farvi un account su Disqus che resta sempre la nostra scelta consigliata.

Potete utilizzare tag HTML <b>, <i> e <a> per mettere in grassetto, in corsivo il testo ed inserire link ipertestuali come spiegato in questo tutorial. Per aggiungere un'immagine potete trascinarla dal vostro pc sopra lo spazio commenti.

A questo indirizzo trovate indicazioni su come ricevere notifiche via email sui nuovi commenti pubblicati.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...