Klein, leicht, weg

Helium ist das zweithäufigste Element im Universum. In der Erdkruste entsteht es ständig neu. Trotzdem wird der wichtige Rohstoff immer wieder knapp. Warum eigentlich?

Mithilfe von an Heliumballonen aufgehängten Schläuchen sprühen Bauern in der chinesischen Provinz Jiangsu Pestizide auf die Felder. Foto: Xin Wen (Imaginechina, Laif)

Mithilfe von an Heliumballonen aufgehängten Schläuchen sprühen Bauern in der chinesischen Provinz Jiangsu Pestizide auf die Felder. Foto: Xin Wen (Imaginechina, Laif)

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Kürzlich verkündete die im Ballongeschäft tätige ­US-Ladenkette Party City schrumpfende Umsätze wegen Heliummangels. Glaubt man Phil Kornbluth, Berater und in den USA eine Instanz in Sachen Heliummarkt, erleben wir seit einem Jahr schon die dritte Dürre dieses Jahrhunderts, die er markig als «Helium Shortage 3.0» bezeichnet.

Dass die Nachfrage das An­gebot übersteige, habe mehrere Gründe, schrieb er kürzlich in dem Branchenmagazin ­Gasworld. Unter anderem seien die Produktionskapazitäten gesunken, angekündigte neue Anlagen in Verzug, und der Bedarf steige stetig. Allein 2018 wurden rund 180 Milliarden Kubikmeter Helium weltweit verbraucht.

Die Nachfrage ist leicht zu erklären, denn das Gas sorgt nicht nur für Partyspass. Es kommt auch als Schutzgas beim Schweissen, in der Halbleiterindustrie und der Glasfaserproduktion zum Einsatz. Es ist chemisch ausgesprochen reaktionsträge, verbindet sich selbst unter extremen ­Bedingungen mit keiner anderen Substanz.

Und in zusammengepresster, flüssiger Form ist Helium ein einzigartiges Kühlmittel für Tem­peraturen bis minus 269 Grad ­Celsius. Das hilft nicht nur Wissenschaftlern, die zum Beispiel Materialeigenschaften bei Tiefsttemperaturen erforschen oder mit Teilchenbeschleunigern ar­beiten, sondern auch Medizinern bei der Diagnostik. Denn die supraleitenden Magnete von Kernspintomografen (MRT) werden ebenfalls mit Helium gekühlt. MRT-Geräte machen mit 20 bis 30 Prozent sogar den Löwenanteil des weltweiten Heliumverbrauchs aus. Nur etwa 10 Prozent des Verbrauchs gehen auf das Konto von Luftschiffen, ­Party- und Wetterballons.

Falsche Krisenprognosen

Die Angebotssituation zu erklären, ist deutlich komplexer. Denn Helium mag knapp sein, selten ist es nicht. Das Edelgas ist nach Wasserstoff das zweithäufigste chemische Element im Universum. Und es entsteht auch in der Erdkruste immer wieder neu, durch den natürlichen radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium. Mehr als 99 Prozent des erdgeborenen Heliums bleiben zwischen Gesteinsschichten hängen. «Immer noch wird mehr Helium neu gebildet als weltweit verbraucht wird», sagt Harald Elsner von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und ­Rohstoffe (BGR) in Hannover. «Die Heliummengen in der Erdkruste wachsen also ständig.»

Den Krisenprognosen aus den USA steht der Geologe Elsner skeptisch gegenüber. Eine aktuelle Studie der BGR habe gezeigt, dass die Zahlen der US-amerikanischen Behörde United States Geological Survey (USGS) zur Heliumverfügbarkeit, die bis 2017 veröffentlicht wurden, zum Teil schlicht falsch seien. Unter anderem hätten die Amerikaner die Produktionsmengen in Ländern wie Polen, Russland undAlgerien unterschätzt. «Spätestens wenn Gazprom seine Heliumproduktion in Russland in Betrieb nimmt, voraussichtlich ab 2021, wird sich die Lage entspannen», ist er überzeugt. «Kurzzeitige Lieferengpässe aus geopolitischen Gründen sind aber jederzeit denkbar.» In der EU gilt Helium seit 2017 als kritischer Rohstoff.

Die winzigen Atome schlüpfen mit der Zeit durch die Ballonhülle und driften gen Weltall.

Fast immer wird Helium zusammen mit Erdgas aus tieferen Erdschichten gefördert. Wo der Anteil hoch genug ist, trennen Erdgasunternehmen das Gas ab und verkaufen es an Industriegasfirmen, die es noch vor Ort reinigen, verflüssigen und dann in mit flüssigem Stickstoff gekühlten, wärmeisolierten Tanks an ihre Kunden liefern – So schnell wie möglich, denn schon auf dem Weg beginnt das flüssige Helium zu verdampfen. Nur 30, 40 Tage lässt es sich ohne Verluste in den Tanks halten. Eine längerfristige Lagerung ist im Grunde nur in geeignetem Gestein möglich, etwa in ehemaligen Erdgaskavernen. Zurzeit gibt es aber nur wenige solcher Langzeitspeicher.

«Die gesamte Helium-Logistik ist ein sehr fragiles System, das auch durch kurzzeitige Ereignisse völlig durcheinandergeraten kann. Dann gibt es Lieferengpässe, und die Preise ­steigen», sagt Ralf Gubler, Marktforscher bei IHS Markit Chemical in der Schweiz. Ein Beispiel sei die Katarkrise 2017, als das Land, das schon lange ein wichtiger Heliumlieferant ist, für ein paar Wochen durch andere arabische Länder isoliert wurde. Die ­Folgen seien noch heute spürbar. Auch Produktionsausfälle durch unerwartete Reparatur- oder Wartungsmassnahmen der Erdgasunternehmen, für die Helium ein eher unbedeutendes Nebenprodukt ist, können sich massiv auf den Markt auswirken.

Drohende Lieferengpässe und steigende Preise haben aber auch ihr Gutes und fördern die Suche nach Alternativen. Beim Schweissen oder bei der Halbleiterherstellung beispielsweise kann Helium durch Stickstoff oder ­andere Edelgase ersetzt oder mit diesen gemischt werden. Und Hersteller von MRT-Geräten werben für eine neue Gerätegeneration mit einer Art interner Rückgewinnung, die mit deutlich weniger Helium auskommt.

Effiziente Rückgewinnung

Auch viele Forschungseinrichtungen gewinnen das Helium zurück, fangen es in ­Speicherballons auf, verflüssigen es und verwenden es dann wieder. «Etwa hundert Heliumverflüssigungs- und Rückgewinnungsanlagen haben wir derzeit in Deutschland in Betrieb, Tendenz zum Glück steigend», sagt Christoph Haberstroh von der Technischen Universität Dresden, der mit seinem Team daran arbeitet, die Heliumverflüssigung effizienter zu machen, Verdampfungsverluste zu senken und Kollegen mit massgeschneiderten Konzepten zu unterstützen. Bei üblicherweise erreichbaren 90 bis 95 Prozent Rückgewinnungsquote müssten nur noch ab und zu Ergänzungslieferungen nachgekauft werden.

Die Rückgewinnung mache zudem von möglichen Lieferengpässen unabhängig. «Man hat – gerade für Experimente an Grossanlagen – üblicherweise lange im Voraus terminierte, feste Messzeiten und -kampagnen. Zu diesem Zeitpunkt muss dann alles bereitstehen. Da hilft es auch nicht, wenn zwei Wochen später die doppelte Menge zur Verfügung steht», so Haberstroh.

Was Partyballons betrifft, ist das Helium nicht mehr rückholbar, selbst wenn man sie zu Hause anbindet. Die winzigen Atome schlüpfen mit der Zeit durch die Ballonhüllen und driften gen Weltall. In den Himmel entschwebende Ballons wiederum blähen sich wegen des sinkenden Luftdrucks immer weiter auf, bis sie platzen. Sie scharenweise mit guten Wünschen im Anhang in den Himmel zu entlassen, ist aber auch aus einem anderen Grund kritikwürdig. Zurück auf der Erde können die schlappen Hüllen und Bänder zu Todesfallen für Tiere werden. Mancherorts sind solche Ballonaktionen daher schon verboten.

Erstellt: 04.08.2019, 17:57 Uhr

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