વ્યૂહાત્મક સંસાધન તરીકે હિલિયમ: મહત્વ, પડકારો અને ઉપયોગો
#GS-3 #વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી #ઉર્જા #અર્થતંત્ર #માળખાકીય સુવિધાઓ #વર્તમાન ઘટનાઓ #આંતરરાષ્ટ્રીય
શા માટે ચર્ચામાં છે?
- પશ્ચિમ એશિયામાં તણાવ અને કતારના હિલિયમ પ્લાન્ટ્સ પર થયેલા હુમલાને કારણે પુરવઠો ખોરવાવાનો ભય ઊભો થયો છે. તેથી ચીને પોતાના દેશની જરૂરિયાતો સુરક્ષિત કરવા માટે હિલિયમની નિકાસ પર કામચલાઉ પ્રતિબંધ મૂકી દીધો છે. હોર્મુઝની સામુદ્રધુની મારફતે થતા ટ્રાન્સપોર્ટ પર મોટું જોખમ હોવાથી આ નિર્ણય લેવાયો છે.
હિલિયમ શું છે?
- હિલિયમ હવે માત્ર એક સાદો ગેસ નથી રહ્યો, પરંતુ નવી ટેકનોલોજી, રાષ્ટ્રીય સુરક્ષા અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધનો માટે અત્યંત મહત્વનો પદાર્થ બની ગયો છે. આ ગેસ કુદરતી રીતે મર્યાદિત પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે અને તેને લેબમાં બનાવી શકાતો નથી. અત્યંત નીચા તાપમાને આ ગેસનો કોઈ વિકલ્પ પણ નથી.
હિલિયમના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો
- હિલિયમનું ઉત્કલનબિંદુ સૌથી નીચું એટલે કે -269 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અથવા 4.2 કેલ્વિન છે. આ જ કારણસર તે એકદમ નીચા તાપમાને પણ પ્રવાહી સ્વરૂપમાં રહી શકે છે.
- નિષ્ક્રિય ગેસ હોવાના કારણે હિલિયમ બીજા કોઈ રસાયણો સાથે પ્રક્રિયા કરતો નથી. આ ગુણને લીધે તે સંવેદનશીલ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં ખૂબ જ સલામત વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.
- હિલિયમ ગરમીને ખૂબ ઝડપથી શોષી લે છે અને ફેલાવી દે છે. તેથી જટિલ મશીનોને તુરંત અને ચોક્કસ રીતે ઠંડા કરવા માટે તે શ્રેષ્ઠ ગણાય છે.
- આ ગેસના અણુઓ ખૂબ જ નાના અને હલકા હોય છે. તેથી તે સૂક્ષ્મ છિદ્રોમાંથી પણ સરળતાથી પસાર થઈ શકે છે, જેનો ઉપયોગ એન્જિનિયરો મશીનરીમાં નાની તિરાડો કે ખામીઓ શોધવા માટે કરે છે.
હિલિયમ કેવી રીતે બને છે?
- હિલિયમ માનવનિર્મિત નથી પરંતુ પૃથ્વીના પેટાળમાં કરોડો વર્ષો દરમિયાન બનતો ગેસ છે. યુરેનિયમ અને થોરિયમ જેવા ભારે તત્વોના સ્વાભાવિક રેડિયોએક્ટિવ આલ્ફા ક્ષયથી તે કુદરતી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે.
- ક્ષય દરમિયાન બહાર નીકળતા આલ્ફા કણો આસપાસના ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને સ્થિર હિલિયમના પરમાણુમાં ફેરવાઈ જાય છે.
- યુગો દરમિયાન આ વાયુ ઉપર તરફ ગતિ કરે છે અને કુદરતી ગેસના ભંડારોની સાથે જમીનની અંદરના ખડકોમાં કેદ થઈ જાય છે.
- જ્યારે કુદરતી ગેસમાં હિલિયમનું પ્રમાણ ઓછામાં ઓછું 3% હોય ત્યારે જ તેને બહાર કાઢવું ફાયદાકારક રહે છે. તેના માટે ક્રાયોજેનિક ફ્રેક્શનલ ડિસ્ટિલેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને તેને અલગ કરવામાં આવે છે.
વ્યૂહાત્મક સંસાધન તરીકે હિલિયમનું મહત્વ
- EUV લિથોગ્રાફી અને પ્લાઝ્મા એચિંગ જેવી આધુનિક ચિપ બનાવવાની પદ્ધતિઓમાં સિલિકોન વૅફરને ઠંડા રાખવા માટે પ્રવાહી હિલિયમ અત્યંત જરૂરી છે.
- ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરના સુપરકંડક્ટિંગ પ્રોસેસર્સ માત્ર નીચા તાપમાને જ સારું કામ આપી શકે છે, તેથી તેના ક્યુબિટ્સને સ્થિર રાખવા માટે હિલિયમનો ઉપયોગ થાય છે.
- ISRO અને NASA જેવી સ્પેસ એજન્સીઓ રોકેટમાં પ્રવાહી ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન બળતણને એન્જિન સુધી ધકેલવા માટે ઊંચા દબાણવાળા હિલિયમ વાયુનો ઉપયોગ કરે છે.
- હોસ્પિટલોમાં MRI મશીનના સુપરકંડક્ટિંગ મેગ્નેટને સતત ઠંડા રાખવા માટે પ્રવાહી હિલિયમની ક્લોઝ્ડ-લૂપ સિસ્ટમ વપરાય છે, જેથી શરીરની અંદરની સ્પષ્ટ ઇમેજ મેળવી શકાય.
મુખ્ય પડકારો અને નબળાઈઓ
- પ્રવાહી હિલિયમનું વહન કરવું ખૂબ મુશ્કેલ છે કારણ કે તેના માટે ખાસ પ્રકારના વેક્યુમ વાળા ISO કન્ટેનરની જરૂર પડે છે, જે દુનિયામાં બહુ ઓછી કંપનીઓ બનાવે છે.
- નીચા ઉત્કલનબિંદુને કારણે હિલિયમ આપમેળે વરાળ બનીને ઊડી જવાનું જોખમ રહે છે. એકવાર તેનો હોલ્ડિંગ સમય પૂરો થાય પછી આ વાયુ વાતાવરણમાં ભળીને પૃથ્વીની બહાર જતો રહે છે.
- હિલિયમના ઉત્પાદન પર માત્ર ગણ્યા-ગાંઠ્યા દેશોનો કબ્જો છે. સમગ્ર વિશ્વનો 43% હિલિયમ અમેરિકા અને 33% હિલિયમ કતાર પૂરો પાડે છે.
- આંતરરાષ્ટ્રીય વિવાદો અને યુદ્ધના કારણે સપ્લાય અટકી જવાનું મોટું જોખમ છે. હાલમાં પશ્ચિમ એશિયાના સંઘર્ષને લીધે હોર્મુઝની સામુદ્રધુનીમાંથી પસાર થતો હિલિયમનો સપ્લાય જોખમમાં મુકાયો છે.
હિલિયમના મુખ્ય ઔદ્યોગિક ઉપયોગો
- સિલિકોન વૅફર અને ઓપ્ટિકલ ફાઇબરના નિર્માણમાં હિલિયમ એક સુરક્ષિત વાતાવરણ પૂરું પાડે છે અને પ્રોસેસિંગ વખતે સિલિકોનને ઠંડુ રાખે છે.
- સ્પેસ રોકેટના લોન્ચિંગ દરમિયાન બળતણની પાઇપલાઇન સાફ કરવા અને મહત્વના વાલ્વ સીલ કરવા માટે હિલિયમ વપરાય છે.
- હવામાનના ફુગ્ગા અને પ્રવાસન ક્ષેત્રે એરશિપમાં હાઇડ્રોજનના સ્થાને હિલિયમનો સુરક્ષિત અને અગ્નિરોધક ગેસ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
- મોટા પાઇપલાઇન નેટવર્ક અને HVAC સિસ્ટમમાં એકદમ ઝીણી તિરાડો કે લીકેજ શોધવા માટે હિલિયમ ગેસ દાખલ કરીને તપાસ કરવામાં આવે છે.
- GTAW આર્ક વેલ્ડીંગ દરમિયાન એલ્યુમિનિયમ અને ટાઇટેનિયમ જેવી ધાતુઓને હવાના સંપર્કથી બચાવવા માટે હિલિયમ શિલ્ડિંગ ગેસ તરીકે કામ કરે છે.
આગળનો માર્ગ
- આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ (AI) ના વધતા ઉપયોગથી મેમરી ચિપ્સની માંગ ખૂબ વધી ગઈ છે, જેથી હિલિયમના પુરવઠામાં નાનો અવરોધ પણ વૈશ્વિક ટેકનોલોજી ક્ષેત્રને મોટું નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.
- પશ્ચિમ એશિયાના વિવાદો અને અમેરિકાના અનામત ભંડારો ખાનગી હાથોમાં જવાથી સપ્લાયની અનિશ્ચિતતા વધી છે. તેથી ભારતે પોતાના સ્થાનિક ગેસ ક્ષેત્રોમાંથી હિલિયમ મેળવવાની ટેકનોલોજી વિકસાવવી જોઈએ જેથી ટેક ક્ષેત્ર સુરક્ષિત રહે.