Khí công nghiệp heli

Khí Công Nghiệp Heli là gì?

Khí công nghiệp heli (helium gas – viết tắt: He, tiếng Việt thường gọi là “heli” hoặc “heli công nghiệp”) là một loại khí hiếm, trơ hóa học, không màu, không mùi, không vị, không độc. Nó là nguyên tố thứ hai trong bảng tuần hoàn, với số nguyên tử 2, nguyên tử khối khoảng 4. He là khí duy nhất không đông đặc dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn, và có nhiệt độ sôi rất thấp.

Một số đặc điểm quan trọng:

• Trơ về mặt hóa học: không phản ứng với hầu hết các chất hóa học, kể cả ở nhiệt độ cao.

• Khó hóa lỏng: điểm sôi rất thấp (≈ −269°C) ở áp suất 1 atm.

• Khối lượng phân tử thấp, mật độ nhẹ hơn không khí rất nhiều.

Phân loại & độ tinh khiết

Khí helium được phân loại tùy vào mục đích sử dụng, chủ yếu dựa vào độ tinh khiết (purity). Từ các loại “heli công nghiệp” cho đến heli “y tế” hoặc “phân tích” đều có yêu cầu riêng. Một vài ví dụ tại Việt Nam:

• Helium 4.5 (99.995%), Helium 5.0 (99.999%), Helium 5.5 (99.9995%)…

• Dạng khí áp suất cao (chai 40 lít, 50 lít, áp suất 150–200 bar) hoặc dạng lỏng, hoặc trong các thùng chứa lớn, ISO tank.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến độ tinh khiết thường được quy định theo ppm tạp chất (O₂, N₂, H₂O, CO₂…) tùy theo mục đích: sử dụng trong phòng thí nghiệm, máy phân tích, máy sắc ký, hàn chất lượng cao, y tế...

Ứng dụng của Helium trong Công nghiệp & Đời sống

Khí heli công nghiệp có rất nhiều ứng dụng quan trọng, từ nghiên cứu khoa học đến sản xuất công nghiệp, y tế, và ngay cả trong đời sống thường nhật. Sau đây là các lĩnh vực chính:

1. Y tế và thiết bị chẩn đoán hình ảnh

   • Dùng trong máy MRI (Magnetic Resonance Imaging) và NMR để làm lạnh nam châm siêu dẫn, nhờ heli lỏng có khả năng giữ nhiệt độ rất thấp.

   • Ngoài ra, heli cũng có thể được sử dụng trong việc pha trộn khí hỗ trợ hô hấp trong những trường hợp đặc biệt, tuy không phổ biến bằng oxy hay nitrogen.

2. Sản xuất điện tử, bán dẫn, vật liệu nghiên cứu

   • Helium là khí mang (“carrier gas”) trong máy sắc ký khí, máy quang phổ, thiết bị phân tích, nhằm truyền mẫu, làm sạch môi trường, ngăn ngừa ô nhiễm tạp chất.

   • Trong sản xuất chip, thiết bị điện tử, màn hình, sợi quang: helium giúp làm mát nhanh, kiểm soát nhiệt độ tốt, đặc biệt khi cần xử lý nhiệt hoặc làm sạch khí.

3. Hàn, cắt kim loại, luyện kim

   • Helium được dùng làm khí bảo vệ trong hàn TIG, MIG, đặc biệt với kim loại như nhôm, thép không gỉ, titan, đồng. Nguyên do: tính dẫn nhiệt cao, heli giúp hồ quang ổn định hơn, hạn chế oxy hóa khi hàn.

   • Dùng trong quá trình tôi luyện kim loại, xử lý nhiệt trong môi trường chân không hay hỗn hợp khí trơ.

4. Khí lạnh, làm lạnh cực thấp (Cryogenics)

   • Helium lỏng là một trong những chất làm lạnh hiệu quả nhất, được dùng để giữ nhiệt độ rất thấp trong nghiên cứu khoa học, vật lý hạt nhân, thí nghiệm siêu dẫn.

   • Dùng trong việc bảo quản mẫu sinh học, thiết bị, hệ thống điện tử nhạy cảm với nhiệt độ.

5. Ứng dụng đặc biệt khác

   • Kiểm tra rò rỉ (leak detection): do kích thước phân tử nhỏ, helium dễ xuyên qua lỗ nhỏ, thích hợp cho kiểm tra hệ kín trong thiết bị, máy móc.

   • Tạo môi trường trơ (inert atmosphere) trong quá trình xử lý đặc biệt để ngăn oxi hóa hoặc phản ứng với không khí.

   • Trong ngành hàng không / vũ trụ: để tăng áp nhiên liệu tên lửa, làm khí vận hành trong hệ thống.

   • Đời sống: bơm bóng bay, bong bóng khí cầu. Tuy nhiên đối với ứng dụng này chất lượng không yêu cầu cao như trong công nghiệp hoặc y tế.

Sản xuất, thu nguồn & phân phối ở Việt Nam

Để đáp ứng nhu cầu trong nước, sau đây là những thông tin về cách heli được cung cấp, các công ty chính, cũng như cơ sở hạ tầng liên quan:

• Nguồn thu & sản xuất: Helium chủ yếu được khai thác từ khí tự nhiên (natural gas wells) khi khí tự nhiên có hàm lượng heli. Việc tách heli ra khỏi hỗn hợp khí tự nhiên, sau đó tinh chế, hóa lỏng hoặc nén lại để đóng chai.

• Các nhà cung cấp chính ở Việt Nam:

  • Công ty Sing Industrial Gas Vietnam (SIG Vietnam) cung cấp helium khí và lỏng, nhiều dạng chai và ISO tank.

  • Messer Vietnam – cung cấp helium, bao gồm các loại khí và lỏng, dịch vụ phân phối. 

  • Các công ty khí công nghiệp địa phương như Khí Công Nghiệp Phát Đăng Khoa, Khí An Phát, Khí Công Nghiệp Miền Nam, Nhật Vương…

• Hình thức cung cấp:

  • Chai khí cao áp (ví dụ 40 L, 50 L, áp suất khoảng 150–200 bar) chứa khí heli.

  • Helium lỏng – được vận chuyển trong các bồn chuyên dụng hoặc tank ISO.

  • Loại nhỏ dùng trong phòng thí nghiệm hoặc dùng thử nghiệm, chai mini.

Giá cả & tiêu chuẩn

Giá và tiêu chuẩn khí heli phụ thuộc vào:

• Độ tinh khiết: càng cao thì giá càng cao. Ví dụ heli 99.9999% (5.0, 5.5…) sẽ đắt hơn heli 99.99% hoặc 99.995%.

• Áp suất/chai/năng suất: chai lớn, áp suất cao, dạng lỏng hoặc ISO tank đều tác động tới chi phí vận chuyển, đóng gói.

• Khoảng cách vận chuyển & logistics: từ nơi sản xuất/tách khí đến nơi sử dụng, có ảnh hưởng chi phí.

• Thị trường quốc tế & cung cầu: vì heli là nguồn tài nguyên có hạn, phụ thuộc vào khai thác khí tự nhiên, thiếu hụt có thể làm giá tăng.

• Tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn: chai khí, van, kiểm soát tạp chất, giấy phép… nếu đáp ứng chuẩn quốc tế thì chi phí sẽ cao hơn.

Ở Việt Nam, các công ty khí công nghiệp thường không công bố sẵn giá trên website mà yêu cầu liên hệ để báo giá theo khối lượng, độ tinh khiết.

Tiêu chuẩn chất lượng – một vài ví dụ:

• ASTM, ISO về khí tinh khiết, khí phân tích.

• Tiêu chuẩn trong nước như GB/T, hoặc các tiêu chuẩn khí công nghiệp/khí tinh khiết Việt Nam. Ví dụ các tạp chất như O₂, N₂, CO, CO₂, hơi nước (H₂O), hidro carbon… được giới hạn ở mức ppm.

Thách thức & vấn đề cần lưu ý

Dù có rất nhiều ứng dụng, nhưng việc sử dụng, cung cấp khí heli cũng gặp phải một số thách thức:

1. Nguồn cung hạn chế

   • Helium là nguồn tài nguyên không tái tạo. Việc khai thác phụ thuộc vào mỏ khí tự nhiên có heli. Không phải nơi nào cũng có.

   • Khi khí tự nhiên được khai thác, heli có thể bị thất thoát nếu không được tách và thu hồi đúng cách.

2. Chi phí sản xuất & vận chuyển cao

   • Dạng lỏng (liquid helium) cần điều kiện cực lạnh, tốn chi phí cách nhiệt, thiết bị đặc biệt.

   • Vận chuyển quốc tế/tỉnh xa trong nước tốn chi phí, hao hụt (rò rỉ, bay hơi) nếu không quản lý tốt.

3. Yêu cầu kỹ thuật cao & tiêu chuẩn khắt khe

   • Với ứng dụng y tế, khoa học, điện tử, độ tinh khiết yêu cầu rất cao. Bất kỳ tạp chất nhỏ nào cũng có thể ảnh hưởng lớn tới kết quả hoặc thiết bị.

   • An toàn áp suất cao, nguy cơ áp suất, rò rỉ, nén,… cần kiểm soát và thiết bị phù hợp.

4. Giá biến động & phụ thuộc thị trường quốc tế

   • Khi cầu từ các quốc gia phát triển cao, giá sẽ tăng.

   • Thiếu đầu tư trong nước để thu hồi khí heli hoặc sản xuất heli làm cho thị trường nội địa phụ thuộc nhập khẩu & công ty quốc tế.

Triển vọng & cơ hội

Mặc dù có những thách thức, khí heli vẫn có rất nhiều cơ hội tăng trưởng, đặc biệt ở Việt Nam, trong bối cảnh phát triển công nghệ, y tế, điện tử...

• Tăng nhu cầu y tế & thiết bị chẩn đoán hình ảnh
  Khi Việt Nam mở rộng mạng lưới bệnh viện, trang bị máy MRI/NMR, nhu cầu heli lỏng để làm lạnh nam châm siêu dẫn tăng lên.

• Phát triển ngành công nghệ cao, điện tử & bán dẫn
  Các nhà máy điện tử, sản xuất chip, vật liệu quang học cần khí tinh khiết cao – đây là phân khúc có giá trị cao.

• Thu hồi & chế biến khí từ nguồn trong nước
  Nếu có thể đầu tư vào các cơ sở thu hồi heli từ khí tự nhiên, xử lý tách/ tinh chế trong nước, sẽ giảm phụ thuộc nhập khẩu, giảm giá thành.

• Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học
  Các viện nghiên cứu, trường đại học với khả năng đo nhiệt độ cực thấp, vật lý hạt nhân, vật lý chất rắn sẽ tiếp tục sử dụng heli.

• Xu hướng toàn cầu về nguồn cung & bảo vệ môi trường
  Việc giảm lãng phí, thu hồi khí thải helium, tái sử dụng… có thể là một hướng phát triển bền vững.

Kết luận

Khí công nghiệp heli là một loại khí rất đặc biệt, với những tính chất hóa lý độc đáo: trơ, rất nhẹ, điểm sôi cực thấp, độ tinh khiết cao. Nó có vai trò quan trọng trong rất nhiều ngành: y tế, sản xuất điện tử, hàn & luyện kim, khoa học, nghiên cứu,…

Tại Việt Nam, thị trường heli đang phát triển, nhưng vẫn phụ thuộc vào nguồn cung quốc tế và chi phí cao. Việc đầu tư vào cơ sở thu hồi, lọc và phân phối hiệu quả sẽ là chìa khóa để tận dụng triệt để tiềm năng. Các công ty, người dùng cần hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn chất lượng, đồng thời đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí.