Helyumun yerini doldurmak zor

• Helyum yalnızca doğal gaz çıkarımının bir yan ürünü olarak elde edilebildiği için jeopolitik çatışmalara ve tedarik zinciri aksaklıklarına karşı son derece kırılgandır
• MRI, yarı iletkenler, optik fiber, havacılık ve uzay, bilimsel araştırmalar gibi alanlarda ultra düşük sıcaklıkta soğutma ve inert özellikleri sayesinde vazgeçilmez bir kaynak olarak kullanılır
• EUV litografi, süperiletken mıknatısların soğutulması gibi uygulamalarda fiziksel özellikleri nedeniyle yerine geçebilecek başka bir gaz yoktur
• Bazı alanlarda geri dönüşüm sistemleri ile kullanım azaltılıyor olsa da tam anlamıyla ikame edilmesi mümkün değildir
• Helyum arzı doğal gaz üretimine doğrudan bağlıdır; bu yüzden çevresel düzenlemeler ve altyapı genişlemesindeki gecikmeler uzun vadeli arz güvensizliğine yol açar

---

Helyum tedarik zinciri ve ikame edilemezliği

• İran savaşı ve Hürmüz Boğazı'nın kapanması yalnızca petrolü değil, helyum tedarik zincirini de ciddi biçimde etkiler
  • Helyum doğal gaz çıkarımının bir yan ürünü olarak üretilir ve Katar küresel arzın yaklaşık üçte birini sağlar
  • Boğazın kapanmasıyla helyum fiyatları hızla yükselir ve tedarikçiler mücbir sebep (force majeure) ilan eder
  • ABD hükümetinin elinde tuttuğu stratejik helyum rezervi 2024'te tamamen satılmıştır

Helyumun özellikleri ve üretim yapısı

• Helyum, hidrojenden sonra en hafif elementtir ve evrende en bol bulunan ikinci elementtir
  • Dünya atmosferinde hafif olduğu için uzaya kaçar; bu nedenle ticari olarak yalnızca yer altındaki doğal gaz yataklarından çıkarılabilir
  • Uranyum ve toryumun radyoaktif bozunması ile oluşur ve milyonlarca yıl boyunca gaz katmanlarında birikir
• ABD ve Katar küresel üretimin yaklaşık üçte ikisini karşılar; geri kalan üretim Rusya, Cezayir, Kanada, Çin ve Polonya gibi ülkelerden gelir
  • Helyum, 4.2K(-452°F) sıcaklıkta kaynayan, en düşük kaynama noktasına sahip elementtir
  • Mutlak sıfıra yakın koşullarda bile sıvı halde kalabilmesi onu ultra düşük sıcaklıkta soğutma için vazgeçilmez kılar
  • İnertlik, yüksek ısı iletkenliği ve hafiflik gibi özellikleri nedeniyle birçok endüstride kullanılır

Helyumun başlıca endüstriyel kullanım alanları

• Dünya genelinde yıllık kullanım yaklaşık 180 milyon㎥ olup azot ya da doğal gaza kıyasla düşük olsa da ikame edilemeyen kritik bir kaynaktır

• MRI cihazları

  • ABD'deki helyum tüketiminin yaklaşık %17'sini oluşturur
  • Süperiletken mıknatısların soğutulmasında kullanılır; NbTi mıknatıslar yalnızca mutlak sıfırın 9.2 derece üzerindeki sıcaklıkta süperiletken kalır
  • Geçmişte saatte 0.4 litre kayıp yaşanırken, bugün “zero boil-off” tasarımlar sayesinde yeniden dolum ihtiyacı neredeyse yoktur
  • Yüksek sıcaklık süperiletkenli MRI sistemleri de olsa da, 50 bin MRI cihazının büyük çoğunluğu hâlâ helyuma bağımlıdır

• Yarı iletken endüstrisi

  • Küresel helyumun yaklaşık %25'i, ABD'de ise yaklaşık %10'u burada kullanılır
  • Czochralski yöntemiyle silikon büyütme, EUV litografi, vakum odası temizliği ve sızıntı tespiti gibi süreçlerde kullanılır
  • EUV ekipmanlarında helyum, EUV radyasyonunu neredeyse hiç soğurmadığı için ikame edilemez
  • Sektör raporlarına göre helyum kullanımı 2035'e kadar 5 kat artabilir

• Optik fiber üretimi

  • Küresel helyumun %5~6'sı burada kullanılır
  • Cam çekirdek ile kaplamayı birleştirirken kabarcık oluşumunu önleyen bir soğutma gazı olarak kullanılır
  • Yerine geçebilecek başka bir gaz yoktur

• Purge gazı

  • Havacılık ve uzay endüstrisinde sıvı hidrojen ve sıvı oksijen tanklarını temizlemek için kullanılır
  • NASA, ABD'deki en büyük helyum kullanıcısıdır ve toplam tüketimin yaklaşık %7'sini oluşturur
  • Düşük kaynama noktası ve inert özellikleri nedeniyle başka gazlarla değiştirilmesi zordur

• Kaldırma gazı

  • Hava gemileri ve balonlarda** kullanılır, ABD tüketiminin yaklaşık %18'ini oluşturur

    • Hidrojenden daha güvenlidir ancak arz sıkıştığında fiyat oynaklığı yüksektir

• Bilimsel araştırma ve ölçüm

  • ABD tüketiminin yaklaşık %22'si
  • Süperiletken mıknatıslar, SQUID, kütle spektrometreleri gibi ultra düşük sıcaklık veya yüksek hassasiyet gerektiren ekipmanlar için zorunludur
  • CERN'deki LHC gibi büyük araştırma tesislerinde de büyük miktarda kullanılır

• Kaynak

  • ABD'de yaklaşık %8 oranında kullanılır
  • İnertlik ve yüksek ısı iletkenliği sayesinde erimiş metali koruyan bir kalkan gazı olarak uygundur
  • Yurt dışında çoğu zaman argon ile ikame edilir

• Dalış

  • ABD'de yaklaşık %5 oranında kullanılır
  • Derin deniz dalışı için solunum karışım gazı (Trimix) içinde yer alarak azot narkozunu önler
  • Helyum dışında yalnızca neon kısmi ikame sağlayabilir, ancak solunum direnci yüksek olduğu için pratikliği düşüktür

Helyum tasarrufu ve geri dönüşüm çabaları

• Bazı alanlarda ikame gazlar veya geri dönüşüm sistemleri ile tüketim azaltılıyor
  • MRI cihazlarında helyum kaybının düşmesi ve NASA'nın geri dönüşüm sistemlerini devreye alması sayesinde havacılık ve uzay alanındaki kullanım 2010'da 18.2 milyon㎥(%26) → 4 milyon㎥(%7) seviyesine geriledi
  • Buna rağmen ABD'deki helyumun büyük bölümü hâlâ geri kazanılmıyor; geri dönüşümle %90'dan fazla tasarruf potansiyeli bulunuyor
• Tam anlamıyla ikame mümkün değildir; bu kaynak için “azaltmak” mümkün ama “ortadan kaldırmak” zordur değerlendirmesi yapılır

Arz kısıtları ve politika çıkarımları

• Helyum arzı doğal gaz üretim miktarına doğrudan bağlıdır
  • Yeni helyum sağlamak için en doğrudan yol doğal gaz çıkarımını artırmaktır
  • ABD'de Alaska, Meksika Körfezi ve Marcellus şeyli gibi geliştirilmemiş gaz rezervleri bulunur
  • Ancak çevresel düzenlemeler ve izin gecikmeleri nedeniyle yeni projelerin onayı çoğu zaman 10 yıldan uzun sürer
• Helyum ve doğal gaz arzındaki kısıtlar fiyat oynaklığı ve güvenlik riskleri yaratır
  • Bu nedenle politik müdahale ve altyapı genişlemesi arz istikrarı için temel görevlerdir

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Doğal gaz santrallerinin %10'dan azı helyumu geri kazanıyor; geri kalanı atmosfere salınıyor
  Bu fizik değil, mühendislik ve ekonomik uygulanabilirlik meselesi

  • Fosil yakıt kullanımı azaldıkça bu sorunun büyüyeceği anlaşılıyor
    Füzyonla helyum üretmek gerçekçi değil ama hidrojene proton atıp balon doldurduğumuz bir gelecek gerçekten bilim kurgu gibi olurdu
    Helyum inert bir gaz olduğu için ayrıştırılabilecek bir molekülü de yok ve radyoaktif bozunmadan elde etmenin de sınırları var
  • Sonuçta kıtlık sorunu ortaya çıkarsa piyasa fiyatı ayarlanacaktır
    Şirketlerin uzun vadeli bakışla hareket etmemesinin nedeninin ikramiye yapıları olduğunu düşünüyorum

• Helyum kıtlığı konusunda endişeli değilim
  Teknik olarak iyi şekilde çıkarılabiliyor; sorun ekonomik uygulanabilirlik
  Fiyat yükselirse yatırım artar ve arz da bunu takip eder
  Şu anda talep tahmini ile yatırım maliyeti uyuşmadığı için ekonomik olarak cazip değil

  • Ama talep artmaya devam ederse 40-60 yıl içinde ‘ucuz’ rezervler tükenebilir
    Yıllık %3 büyümede 80-140 yıl, %5 büyümede ise 50-90 yıl sonra tükenme olur
    “Ben endişelenmiyorum” demek sonuçta nesiller arası bencillik bakış açısından ibaret

• Kısa süre önce Bloomberg'ün Odd Lots podcast'inde bir helyum üreticisiyle yapılan röportajı dinledim
  Helyum piyasasının yapısı ve arz sorunları ele alınıyordu

• Oğlum ağır bir astım krizi geçirdiğinde helyum tedavisi sayesinde hayatı kurtuldu
  Doktor, helyum kıtlığı sorunundan söz edip balonlar için kullanılan helyumdan nefret ettiğini söylemişti
  Bunun gerçekten çok değerli bir kaynak olduğunu o zaman hissettim

• Kaynak, kaldırma, purge gas gibi ikame edilebilir kullanımları azaltmak bile Katar'ın toplam üretimini dengeleyebilir
  Buna geri dönüşüm de eklenirse arz sorunu büyük ölçüde hafifletilebilir

• Dalış karışım gazlarında helyumun bir kısmını hidrojenle değiştirme deneyleri sürüyor
  Yangın riski ve fizyolojik etkiler hâlâ belirsiz ama ticari, askerî ve keşif dalışlarında potansiyel olabilir
  Sıradan eğlence amaçlı dalgıçların hidrojen kullanması pek olası değil
  İlgili yazı

  • İnsanların bizzat dalması yerine sualtı dronlarını geliştirmek daha iyi olabilir diye düşünüyorum
    Uzaktan kumandalı robot kolların hassasiyeti artırılırsa yeterince ikame edilebilir
  • Sıradan eğlence amaçlı dalgıçlar neredeyse hiç helyum kullanmıyor

• Odd Lots podcast bölümü ilginçti
  ABD'nin stratejik helyum stokunu “balonluk” diyerek yok pahasına satması hikâyesi ile helyumun üretilmesi, arıtılması ve taşınmasının zorluğu ele alınıyordu

  • Aslında stok satışı tek seferde olmadı; kademeli olarak gerçekleşti
    O dönemde helyumun stratejik değeri düşüktü ve Soğuk Savaş döneminde başlıca kullanım alanı keşif amaçlı askerî balonlardı
    Sonradan bunun yarı iletken litografisinde vazgeçilmez bir kaynak olacağı öngörülememişti
  • ABD büyük tedarikçi olduğu için piyasa çarpıtıldı
    Stratejik stoku sürekli bir arz kaynağı gibi kullanıp fiyatı yapay biçimde düşük tutmanın sonucu olarak bugünkü kıtlık yaşandı
  • Şaka yollu söylersek, belki atmosferin üst katmanlarına çıkınca bol helyum vardır

• En büyük endişem EUV litografisine bağımlılık
  MRI sistemleri sıfır kayıplı tasarımlarla tüketimi %90'dan fazla azalttı ama yarı iletken süreçlerinde gofret başına helyum kullanımı aksine artıyor
  Bu bir geri dönüşüm sorunu değil, artan talep sorunu

  • Yine de EUV fabrikaları diğer sektörlere kıyasla çok daha yüksek fiyat ödeyebilecek durumda

• Helyum tedarik zinciri bozulmasının ekonomik etkileri onlarca yıl sürebilir
  Özellikle ABD'de bu sorunun ciddiyetini fark eden insan sayısının çok az olması kaygı verici

• 1980'lerde okuduğum Asimov'un The Vanishing Element denemesi aklıma geldi
  Helyumun, atmosfere salındıktan sonra uzaya karışıp giden bir kaynak olduğu uyarısını yapıyordu
  O kehanetin gerçeğe dönüştüğü hissi var

  • Ama gerçekte helyumun basitçe yukarı yükselip kaybolması söz konusu değil
    Atmosferde havayla karışıyor ve yalnızca bir kısmı kaçış hızına ulaşabiliyor
    Güneş rüzgârı gibi karmaşık etkenlerle bir bölümü uzaya kaçıyor ama kesin mekanizma hâlâ tartışmalı