Hel, ze względu na swoją chemiczną obojętność, jest preferowany w zastosowaniach kriogenicznych i tam, gdzie wymagane są temperatury bliskie zeru absolutnemu. Raport IDTechEx „Helium for Semiconductors and Beyond 2025-2035: Market, Trends, and Forecasts” analizuje niektóre z głównych zastosowań helu, w tym wyzwania związane z dostawami, które zagrażają rynkowi helu, oraz ryzyka geopolityczne związane z jego pozyskiwaniem.

Hel, jako zasób ograniczony, został uznany za minerał krytyczny w UE i Kanadzie, a fabryki półprzewodników produkujące zaawansowane układy scalone dla sztucznej inteligencji są w dużym stopniu uzależnione od tego surowca. Chociaż podaż jest obecnie stabilna, rynek ten znany jest z chronicznej zmienności. Firma IDTechEx informuje, że od 2005 roku odnotowano 4 znane niedobory helu, które wpłynęły na dostępność i koszty tego gazu. W rezultacie pojawiają się nowe inicjatywy poszukiwawcze helu.

Rola helu w rozwoju produkcji półprzewodników

Wraz ze wzrostem obciążeń związanych ze sztuczną inteligencją (AI), rośnie zapotrzebowanie na wysokowydajne układy scalone, takie jak GPU i TPU. Do ich wytworzenia konieczne jest stosowanie najnowocześniejszych technologiach produkcyjnych.

Według prognoz IDTechEx, produkcja półprzewodników będzie jednym z głównych czynników zwiększających popyt na hel. Przyczynia się do tego przewodność cieplna, obojętność chemiczna i wysoka dyfuzyjność tego gazu, które to cechy są niezbędne do realizacji złożonych i skomplikowanych procesów produkcyjnych. Hel jest na przykład stosowany jako chłodziwo w zaawansowanych systemach litografii EUV, a także jako gaz nośny w procesach trawienia i chemicznego osadzania z fazy gazowej. W procesach produkcyjnych może on wspomagać testy szczelności i bezpieczeństwa, a także tworzyć atmosferę obojętną. Wraz z amerykańską ustawą o układach scalonych (US Chips Act), ustawą o układach scalonych UE (EU Chips Act) i kilkoma innymi inicjatywami rządowymi na całym świecie mającymi na celu wzmocnienie przemysłu półprzewodnikowego, wspomniany raport IDTechEx przedstawia 10-letnie prognozy zapotrzebowania na hel na potrzeby produkcji półprzewodników i światłowodów oraz w kilku innych sektorach.

IDTechEx prognozuje ponad 5-krotny wzrost zapotrzebowania na hel w produkcji półprzewodników w ciągu najbliższych 10 lat. Źródło: IDTechEx

Globalne obszary występowania helu i ich eksploatacja

Większość helu komercyjnego jest pozyskiwana jako produkt uboczny gazu ziemnego, gdzie hel występuje w bardzo niskich stężeniach. W przypadku scentralizowanych instalacji przetwarzania gazu pozyskiwanie helu jest zazwyczaj zintegrowane z kriogenicznymi jednostkami usuwania azotu, które są możliwe tylko w przypadku pracy na bardzo dużą skalę. Po tych procesach zazwyczaj następuje separacja metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) w celu dalszego oczyszczania. Wprawdzie przewidywany jest wzrost zdolności produkcyjnych helu, ale głównymi dostawcami są takie państwa jak Katar i Rosja. Może to mieć wpływ na globalne pozyskiwanie tego gazu.

W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie pojawiają się coraz większe możliwości uzyskiwania dostępu do nowych, aktywnych złóż w złożach geologicznych gazów innych niż węglowodory, gdzie stężenie helu może spaść od 0,3 do 10%. Stosowane zgody są udzielane nawet małym graczom branży helowej. IDTechEx informuje, że niskonakładowe systemy separacji, takie jak technologie membranowe i PSA, mogą być stosowane do modernizacji i oczyszczania helu pozyskiwanego z tych źródeł, przy czym gracze stosują PSA, membranę lub hybrydowy system PSA + membrana, w zależności od celu separacji. Raport IDTechEx zawiera kompleksową analizę rynku tych technologii, wraz z benchmarkami produktów i studiami przypadków.

Źródło: IDTechEx

Zdjęcie tytułowe: Freepik