હિલીયમ એક રાસાયણિક તત્વ છે જેનું પ્રતીક He અને અણુ ક્રમાંક 2 છે. તે એક દુર્લભ વાતાવરણીય વાયુ છે, રંગહીન, સ્વાદહીન, બિન-ઝેરી, બિન-જ્વલનશીલ, પાણીમાં ફક્ત થોડું દ્રાવ્ય. વાતાવરણમાં હિલીયમનું પ્રમાણ વોલ્યુમ ટકાવારી દ્વારા 5.24 x 10-4 છે. તે કોઈપણ તત્વના સૌથી ઓછા ઉકળતા અને ગલનબિંદુ ધરાવે છે, અને અત્યંત ઠંડી પરિસ્થિતિઓ સિવાય ફક્ત ગેસ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

હિલીયમ મુખ્યત્વે વાયુયુક્ત અથવા પ્રવાહી હિલીયમ તરીકે પરિવહન થાય છે અને તેનો ઉપયોગ પરમાણુ રિએક્ટર, સેમિકન્ડક્ટર, લેસર, લાઇટ બલ્બ, સુપરકન્ડક્ટિવિટી, ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન, સેમિકન્ડક્ટર અને ફાઇબર ઓપ્ટિક્સ, ક્રાયોજેનિક, એમઆરઆઈ અને સંશોધન અને વિકાસ પ્રયોગશાળા સંશોધનમાં થાય છે.

નીચા તાપમાનનો શીત સ્ત્રોત

મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (MRI), ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, સુપરકન્ડક્ટિંગ ક્વોન્ટમ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર, લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર, ઇન્ટરફેરોમીટર (SQUID), ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન રેઝોનન્સ (ESR) અને સુપરકન્ડક્ટિંગ મેગ્નેટિક એનર્જી સ્ટોરેજ (SMES), MHD સુપરકન્ડક્ટિંગ જનરેટર, સુપરકન્ડક્ટિંગ સેન્સર, પાવર ટ્રાન્સમિશન, મેગ્લેવ ટ્રાન્સપોર્ટેશન, માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર, સુપરકન્ડક્ટિંગ મેગ્નેટ, મજબૂત મેગ્નેટિક ફિલ્ડ સેપરેટર્સ, ફ્યુઝન રિએક્ટર માટે વલયાકાર ફિલ્ડ સુપરકન્ડક્ટિંગ મેગ્નેટ અને અન્ય ક્રાયોજેનિક રિસર્ચ જેવા ક્રાયોજેનિક કૂલિંગ સ્ત્રોતો માટે ક્રાયોજેનિક શીતક તરીકે હિલિયમનો ઉપયોગ થાય છે. હિલિયમ ક્રાયોજેનિક સુપરકન્ડક્ટિંગ મટિરિયલ્સ અને મેગ્નેટને લગભગ સંપૂર્ણ શૂન્ય સુધી ઠંડુ કરે છે, જે સમયે સુપરકન્ડક્ટરનો પ્રતિકાર અચાનક શૂન્ય થઈ જાય છે. સુપરકન્ડક્ટરનો ખૂબ જ ઓછો પ્રતિકાર વધુ શક્તિશાળી ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે. હોસ્પિટલોમાં વપરાતા MRI સાધનોના કિસ્સામાં, મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો રેડિયોગ્રાફિક છબીઓમાં વધુ વિગતો ઉત્પન્ન કરે છે.

હિલીયમનો ઉપયોગ સુપર શીતક તરીકે થાય છે કારણ કે હિલીયમમાં સૌથી ઓછું ગલન અને ઉત્કલન બિંદુ હોય છે, તે વાતાવરણીય દબાણ અને 0 K પર ઘન થતું નથી, અને હિલીયમ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય હોય છે, જેના કારણે અન્ય પદાર્થો સાથે પ્રતિક્રિયા કરવી લગભગ અશક્ય બને છે. વધુમાં, હિલીયમ 2.2 કેલ્વિનથી નીચે સુપરફ્લુઇડ બની જાય છે. અત્યાર સુધી, કોઈપણ ઔદ્યોગિક ઉપયોગમાં આ અનોખી અલ્ટ્રા-મોબિલિટીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો નથી. 17 કેલ્વિનથી નીચેના તાપમાને, ક્રાયોજેનિક સ્ત્રોતમાં રેફ્રિજન્ટ તરીકે હિલીયમનો કોઈ વિકલ્પ નથી.

એરોનોટિક્સ અને એસ્ટ્રોનોટિક્સ

હિલીયમનો ઉપયોગ ફુગ્ગાઓ અને એરશીપ્સમાં પણ થાય છે. હિલીયમ હવા કરતાં હળવા હોવાથી, એરશીપ્સ અને ફુગ્ગાઓ હિલીયમથી ભરેલા હોય છે. હિલીયમનો ફાયદો એ છે કે તે જ્વલનશીલ નથી, જોકે હાઇડ્રોજન વધુ ઉછાળો આપે છે અને પટલમાંથી બહાર નીકળવાનો દર ઓછો છે. બીજો ગૌણ ઉપયોગ રોકેટ ટેકનોલોજીમાં છે, જ્યાં હિલીયમનો ઉપયોગ સ્ટોરેજ ટાંકીઓમાં બળતણ અને ઓક્સિડાઇઝરને વિસ્થાપિત કરવા અને રોકેટ ઇંધણ બનાવવા માટે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનને ઘટ્ટ કરવા માટે નુકસાન માધ્યમ તરીકે થાય છે. તેનો ઉપયોગ લોન્ચ પહેલાં ગ્રાઉન્ડ સપોર્ટ સાધનોમાંથી ઇંધણ અને ઓક્સિડાઇઝરને દૂર કરવા માટે પણ થઈ શકે છે, અને અવકાશયાનમાં પ્રવાહી હાઇડ્રોજનને પ્રી-કૂલ કરી શકે છે. એપોલો પ્રોગ્રામમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સેટર્ન V રોકેટમાં, લોન્ચ કરવા માટે લગભગ 370,000 ક્યુબિક મીટર (13 મિલિયન ક્યુબિક ફૂટ) હિલીયમની જરૂર હતી.

પાઇપલાઇન લીક શોધ અને શોધ વિશ્લેષણ

હિલીયમનો બીજો ઔદ્યોગિક ઉપયોગ લીક ડિટેક્શન છે. લીક ડિટેક્શનનો ઉપયોગ પ્રવાહી અને વાયુઓ ધરાવતી સિસ્ટમોમાં લીક શોધવા માટે થાય છે. કારણ કે હિલીયમ હવા કરતાં ત્રણ ગણી ઝડપથી ઘન પદાર્થોમાં ફેલાય છે, તેથી તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-વેક્યુમ ઉપકરણો (જેમ કે ક્રાયોજેનિક ટાંકી) અને ઉચ્ચ-દબાણવાળા વાસણોમાં લીક શોધવા માટે ટ્રેસર ગેસ તરીકે થાય છે. પદાર્થને એક ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવે છે, જે પછી ખાલી કરવામાં આવે છે અને હિલીયમથી ભરવામાં આવે છે. 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) જેટલા નીચા લિકેજ દરે પણ, લીકમાંથી બહાર નીકળતા હિલીયમને સંવેદનશીલ ઉપકરણ (હિલીયમ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર) દ્વારા શોધી શકાય છે. માપન પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે સ્વચાલિત હોય છે અને તેને હિલીયમ ઇન્ટિગ્રેશન ટેસ્ટ કહેવામાં આવે છે. બીજી, સરળ પદ્ધતિ એ છે કે પ્રશ્નમાં રહેલા પદાર્થને હિલીયમથી ભરો અને હેન્ડહેલ્ડ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને મેન્યુઅલી લીક શોધો.

લીક ડિટેક્શન માટે હિલીયમનો ઉપયોગ થાય છે કારણ કે તે સૌથી નાનો અણુ છે અને એક મોનોટોમિક અણુ છે, તેથી હિલીયમ સરળતાથી લીક થાય છે. લીક ડિટેક્શન દરમિયાન હિલીયમ ગેસ પદાર્થમાં ભરવામાં આવે છે, અને જો લીક થાય છે, તો હિલીયમ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર લીકનું સ્થાન શોધી શકશે. રોકેટ, ફ્યુઅલ ટાંકી, હીટ એક્સ્ચેન્જર, ગેસ લાઇન, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ટેલિવિઝન ટ્યુબ અને અન્ય ઉત્પાદન ઘટકોમાં લીક ડિટેક્શન માટે હિલીયમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. યુરેનિયમ સંવર્ધન પ્લાન્ટમાં લીક ડિટેક્શન માટે મેનહટન પ્રોજેક્ટ દરમિયાન હિલીયમનો ઉપયોગ કરીને લીક ડિટેક્શનનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ કરવામાં આવ્યો હતો. લીક ડિટેક્શન હિલીયમને હાઇડ્રોજન, નાઇટ્રોજન અથવા હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજનના મિશ્રણથી બદલી શકાય છે.

વેલ્ડીંગ અને મેટલ વર્કિંગ

હિલીયમ ગેસનો ઉપયોગ આર્ક વેલ્ડીંગ અને પ્લાઝ્મા આર્ક વેલ્ડીંગમાં રક્ષણાત્મક ગેસ તરીકે થાય છે કારણ કે તેની આયનીકરણ સંભવિત ઊર્જા અન્ય અણુઓ કરતાં વધુ હોય છે. વેલ્ડની આસપાસનો હિલીયમ ગેસ ધાતુને પીગળેલી સ્થિતિમાં ઓક્સિડાઇઝ થવાથી અટકાવે છે. હિલીયમની ઉચ્ચ આયનીકરણ સંભવિત ઊર્જા બાંધકામ, જહાજ નિર્માણ અને એરોસ્પેસમાં ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ ધાતુઓ, જેમ કે ટાઇટેનિયમ, ઝિર્કોનિયમ, મેગ્નેશિયમ અને એલ્યુમિનિયમ એલોયના પ્લાઝ્મા આર્ક વેલ્ડીંગને મંજૂરી આપે છે. જોકે શિલ્ડિંગ ગેસમાં રહેલા હિલીયમને આર્ગોન અથવા હાઇડ્રોજન દ્વારા બદલી શકાય છે, તેમ છતાં પ્લાઝ્મા આર્ક વેલ્ડીંગ માટે કેટલીક સામગ્રી (જેમ કે ટાઇટેનિયમ હિલીયમ) બદલી શકાતી નથી. કારણ કે હિલીયમ એકમાત્ર ગેસ છે જે ઊંચા તાપમાને સલામત છે.

વિકાસના સૌથી સક્રિય ક્ષેત્રોમાંનું એક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ વેલ્ડીંગ છે. હિલીયમ એક નિષ્ક્રિય ગેસ છે, જેનો અર્થ એ છે કે જ્યારે તે અન્ય પદાર્થોના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે તે કોઈપણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થતું નથી. વેલ્ડીંગ પ્રોટેક્શન ગેસમાં આ લાક્ષણિકતા ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે.

હિલીયમ ગરમીનું સંચાલન પણ સારી રીતે કરે છે. આ જ કારણ છે કે તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે વેલ્ડમાં થાય છે જ્યાં વેલ્ડની ભીનાશ સુધારવા માટે વધુ ગરમી ઇનપુટની જરૂર પડે છે. હિલીયમ ગતિ માટે પણ ઉપયોગી છે.

બંને વાયુઓના સારા ગુણધર્મોનો સંપૂર્ણ લાભ લેવા માટે રક્ષણાત્મક ગેસ મિશ્રણમાં હિલીયમને સામાન્ય રીતે વિવિધ માત્રામાં આર્ગોન સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, હેલીયમ વેલ્ડીંગ દરમિયાન પ્રવેશના વિશાળ અને છીછરા મોડ પૂરા પાડવા માટે રક્ષણાત્મક ગેસ તરીકે કાર્ય કરે છે. પરંતુ હિલીયમ આર્ગોન જે સફાઈ કરે છે તે પૂરી પાડતું નથી.

પરિણામે, ધાતુ ઉત્પાદકો ઘણીવાર તેમની કાર્ય પ્રક્રિયાના ભાગ રૂપે આર્ગોનને હિલીયમ સાથે મિશ્રિત કરવાનું વિચારે છે. ગેસ શિલ્ડેડ મેટલ આર્ક વેલ્ડીંગ માટે, હિલીયમ/આર્ગોન મિશ્રણમાં ગેસ મિશ્રણના 25% થી 75% હિલીયમનો સમાવેશ થઈ શકે છે. રક્ષણાત્મક ગેસ મિશ્રણની રચનાને સમાયોજિત કરીને, વેલ્ડર વેલ્ડના ગરમી વિતરણને પ્રભાવિત કરી શકે છે, જે બદલામાં વેલ્ડ મેટલના ક્રોસ સેક્શનના આકાર અને વેલ્ડીંગ ગતિને અસર કરે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ

એક નિષ્ક્રિય વાયુ તરીકે, હિલીયમ એટલું સ્થિર છે કે તે અન્ય કોઈપણ તત્વો સાથે ભાગ્યે જ પ્રતિક્રિયા આપે છે. આ ગુણધર્મ તેને આર્ક વેલ્ડીંગમાં (હવામાં ઓક્સિજનના દૂષણને રોકવા માટે) ઢાલ તરીકે ઉપયોગમાં લે છે. હિલીયમના અન્ય મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગો પણ છે, જેમ કે સેમિકન્ડક્ટર અને ઓપ્ટિકલ ફાઇબર ઉત્પાદન. વધુમાં, તે લોહીના પ્રવાહમાં નાઇટ્રોજન પરપોટાના નિર્માણને રોકવા માટે ઊંડા ડાઇવિંગમાં નાઇટ્રોજનને બદલી શકે છે, આમ ડાઇવિંગ બીમારીને અટકાવે છે.

વૈશ્વિક હિલિયમ વેચાણ વોલ્યુમ (૨૦૧૬-૨૦૨૭)

૨૦૨૦ માં વૈશ્વિક હિલીયમ બજાર $૧૮૨૫.૩૭ મિલિયન સુધી પહોંચ્યું હતું અને ૨૦૨૭ માં $૨૭૪૨.૦૪ મિલિયન સુધી પહોંચવાની ધારણા છે, જેનો ચક્રવૃદ્ધિ વાર્ષિક વૃદ્ધિ દર (CAGR) ૫.૬૫% (૨૦૨૧-૨૦૨૭) છે. આગામી વર્ષોમાં ઉદ્યોગમાં ભારે અનિશ્ચિતતા છે. આ પેપરમાં ૨૦૨૧-૨૦૨૭ માટેનો આગાહી ડેટા છેલ્લા કેટલાક વર્ષોના ઐતિહાસિક વિકાસ, ઉદ્યોગ નિષ્ણાતોના મંતવ્યો અને આ પેપરમાં વિશ્લેષકોના મંતવ્યો પર આધારિત છે.

હિલીયમ ઉદ્યોગ ખૂબ જ કેન્દ્રિત છે, કુદરતી સંસાધનોમાંથી મેળવાય છે, અને તેના મર્યાદિત વૈશ્વિક ઉત્પાદકો છે, મુખ્યત્વે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, રશિયા, કતાર અને અલ્જેરિયામાં. વિશ્વમાં, ગ્રાહક ક્ષેત્ર યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, ચીન અને યુરોપ વગેરેમાં કેન્દ્રિત છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સનો ઉદ્યોગમાં લાંબો ઇતિહાસ અને અટલ સ્થાન છે.

ઘણી કંપનીઓ પાસે ઘણી ફેક્ટરીઓ હોય છે, પરંતુ તે સામાન્ય રીતે તેમના લક્ષ્ય ગ્રાહક બજારોની નજીક હોતી નથી. તેથી, ઉત્પાદનનો પરિવહન ખર્ચ ઊંચો હોય છે.

પહેલા પાંચ વર્ષથી, ઉત્પાદન ખૂબ જ ધીમું વધ્યું છે. હિલીયમ એક બિન-નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોત છે, અને ઉત્પાદક દેશોમાં તેનો સતત ઉપયોગ સુનિશ્ચિત કરવા માટે નીતિઓ બનાવવામાં આવી રહી છે. કેટલાક આગાહી કરે છે કે ભવિષ્યમાં હિલીયમ ખતમ થઈ જશે.

આ ઉદ્યોગમાં આયાત અને નિકાસનું પ્રમાણ ઊંચું છે. લગભગ બધા દેશો હિલીયમનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ માત્ર થોડા જ દેશો પાસે હિલીયમનો ભંડાર છે.

હિલીયમના ઉપયોગોની વિશાળ શ્રેણી છે અને તે વધુને વધુ ક્ષેત્રોમાં ઉપલબ્ધ થશે. કુદરતી સંસાધનોની અછતને ધ્યાનમાં રાખીને, ભવિષ્યમાં હિલીયમની માંગ વધવાની શક્યતા છે, જેના માટે યોગ્ય વિકલ્પોની જરૂર છે. હિલીયમના ભાવ 2021 થી 2026 સુધી, $13.53 / m3 (2020) થી $19.09 / m3 (2027) સુધી વધવાની અપેક્ષા છે.

ઉદ્યોગ અર્થશાસ્ત્ર અને નીતિથી પ્રભાવિત થાય છે. જેમ જેમ વૈશ્વિક અર્થતંત્ર સુધરશે, તેમ તેમ વધુને વધુ લોકો પર્યાવરણીય ધોરણો સુધારવા અંગે ચિંતિત થશે, ખાસ કરીને મોટી વસ્તી અને ઝડપી આર્થિક વૃદ્ધિ ધરાવતા અવિકસિત પ્રદેશોમાં, હિલીયમની માંગ વધશે.

હાલમાં, મુખ્ય વૈશ્વિક ઉત્પાદકોમાં રાસગાસ, લિન્ડે ગ્રુપ, એર કેમિકલ, એક્સોનમોબિલ, એર લિક્વિડ (ડીઝેડ) અને ગેઝપ્રોમ (આરયુ) વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. 2020 માં, ટોચના 6 ઉત્પાદકોનો વેચાણ હિસ્સો 74% થી વધુ થઈ જશે. એવી અપેક્ષા છે કે આગામી થોડા વર્ષોમાં ઉદ્યોગમાં સ્પર્ધા વધુ તીવ્ર બનશે.

HL ક્રાયોજેનિક સાધનો

પ્રવાહી હિલીયમ સંસાધનોની અછત અને વધતી કિંમતને કારણે, તેના ઉપયોગ અને પરિવહન પ્રક્રિયામાં પ્રવાહી હિલીયમના નુકસાન અને પુનઃપ્રાપ્તિને ઘટાડવું મહત્વપૂર્ણ છે.

૧૯૯૨ માં સ્થપાયેલ HL ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ એ HL ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ કંપની ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ કંપની લિમિટેડ સાથે જોડાયેલી બ્રાન્ડ છે. HL ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ ગ્રાહકોની વિવિધ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે હાઇ વેક્યુમ ઇન્સ્યુલેટેડ ક્રાયોજેનિક પાઇપિંગ સિસ્ટમ અને સંબંધિત સપોર્ટ ઇક્વિપમેન્ટની ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન માટે પ્રતિબદ્ધ છે. વેક્યુમ ઇન્સ્યુલેટેડ પાઇપ અને ફ્લેક્સિબલ હોઝ ઉચ્ચ વેક્યુમ અને મલ્ટી-લેયર મલ્ટી-સ્ક્રીન સ્પેશિયલ ઇન્સ્યુલેટેડ મટિરિયલ્સમાં બનાવવામાં આવે છે, અને અત્યંત કડક તકનીકી સારવાર અને ઉચ્ચ વેક્યુમ ટ્રીટમેન્ટની શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે, જેનો ઉપયોગ પ્રવાહી ઓક્સિજન, પ્રવાહી નાઇટ્રોજન, પ્રવાહી આર્ગોન, પ્રવાહી હાઇડ્રોજન, પ્રવાહી હિલીયમ, લિક્વિફાઇડ ઇથિલિન ગેસ LEG અને લિક્વિફાઇડ નેચર ગેસ LNG ના ટ્રાન્સફર માટે થાય છે.

HL ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ કંપનીમાં વેક્યુમ જેકેટેડ પાઇપ, વેક્યુમ જેકેટેડ હોઝ, વેક્યુમ જેકેટેડ વાલ્વ અને ફેઝ સેપરેટરની પ્રોડક્ટ શ્રેણી, જે અત્યંત કડક તકનીકી સારવારની શ્રેણીમાંથી પસાર થઈ છે, તેનો ઉપયોગ પ્રવાહી ઓક્સિજન, પ્રવાહી નાઇટ્રોજન, પ્રવાહી આર્ગોન, પ્રવાહી હાઇડ્રોજન, પ્રવાહી હિલીયમ, LEG અને LNG ના ટ્રાન્સફર માટે થાય છે, અને આ ઉત્પાદનો એર સેપરેશન, ગેસ, એવિએશન, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, સુપરકન્ડક્ટર, ચિપ્સ, ઓટોમેશન એસેમ્બલી, ફૂડ અને બેવરેજ, ફાર્મસી, હોસ્પિટલ, બાયોબેંક, રબર, નવી સામગ્રી ઉત્પાદન કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, આયર્ન અને સ્ટીલ અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધન વગેરે ઉદ્યોગોમાં ક્રાયોજેનિક સાધનો (દા.ત. ક્રાયોજેનિક ટાંકી, દેવર્સ અને કોલ્ડબોક્સ વગેરે) માટે સેવા આપવામાં આવે છે.

HL ક્રાયોજેનિક ઇક્વિપમેન્ટ કંપની લિન્ડે, એર લિક્વિડ, એર પ્રોડક્ટ્સ (AP), પ્રેક્સેર, મેસર, BOC, ઇવાતાની અને હેંગઝોઉ ઓક્સિજન પ્લાન્ટ ગ્રુપ (હાંગયાંગ) વગેરેની લાયક સપ્લાયર/વિક્રેતા બની ગઈ છે.