Hel to jedyny pierwiastek odkryty najpierw na innym ciele niebieskim, a dopiero potem na Ziemi. Przez niemal trzydzieści lat istniał wyłącznie jako zagadkowa żółta linia w widmie słonecznym — substancja bez masy, bez próbki, bez dowodu, że ma cokolwiek wspólnego z naszą planetą. Dziś wiemy, że jest wszędzie: stanowi jedną czwartą masy zwykłej materii we Wszechświecie. A jednocześnie na Ziemi powoli go ubywa — bo każdy atom wypuszczony w powietrze ucieka w kosmos bezpowrotnie.

Historia helu to historia paradoksów. Kosmiczna obfitość i ziemski niedobór. Chemiczna prostota i fizyczna ekstremalność. Powszechna znajomość — każdy kojarzy balonik z piskliwym głosem — i strategiczne znaczenie, o którym wie garstka.

Pierwiastek z zaćmienia

W sierpniu 1868 roku francuski astronom Jules Janssen, obserwując zaćmienie Słońca w indyjskim Guntur, dostrzegł w widmie chromosfery żółtą linię emisyjną, która nie odpowiadała żadnemu znanemu pierwiastkowi. Dwa miesiące później angielski astronom Norman Lockyer niezależnie zaobserwował tę samą anomalię i postawił odważną tezę: to nowy pierwiastek. Zaproponował nazwę helium, od greckiego hḗlios — Słońce.

Środowisko naukowe przyjęło hipotezę chłodno. Idea pierwiastka istniejącego wyłącznie na Słońcu brzmiała absurdalnie. Minęło dwadzieścia siedem lat, zanim szkocki chemik William Ramsay znalazł hel na Ziemi — w gazach wydzielających się z minerału kleweit. Szukał właściwie argonu, ale w widmie pozostałego gazu ujrzał tę samą żółtą linię, którą Janssen i Lockyer widzieli na Słońcu. Lockyer potwierdził identyfikację. Pozaziemski pierwiastek okazał się również ziemski.

Ramsay w kolejnych latach wyizolował jeszcze krypton, neon i ksenon, tworząc całą nową rodzinę gazów szlachetnych i zdobywając za to Nagrodę Nobla w 1904 roku. Kilka lat później okazało się, że hel na Ziemi powstaje w wyniku rozpadu promieniotwórczego uranu i toru — każda cząstka alfa emitowana przez te pierwiastki jest jądrem helu. A w 1903 roku w miasteczku Dexter w Kansas odkryto, że hel gromadzi się w złożach gazu ziemnego w ilościach komercyjnych. Kosmiczna ciekawostka zaczęła stawać się surowcem.

Zimno, w którym fizycy rywalizują

Hel ma najniższą temperaturę wrzenia spośród wszystkich znanych substancji: 4,22 K, czyli niespełna minus 269°C. To jedyny pierwiastek, którego nie da się zestalić samym obniżaniem temperatury — potrzeba jeszcze ciśnienia rzędu 25 atmosfer.

Ale prawdziwa niespodzianka czekała głębiej. W 1938 roku radziecki fizyk Piotr Kapica odkrył, że hel-4 schłodzony poniżej 2,17 K traci wszelką lepkość wewnętrzną. Przepływa przez kapilary tak wąskie, że zatrzymałyby każdą inną ciecz. Potrafi wspinać się po ściankach naczynia i przelewać przez jego krawędź. Ten stan materii — nadciekłość — okazał się oknem na zjawiska kwantowe widoczne gołym okiem, a jego badanie dostarczyło materiału na kilka Nagród Nobla.

Nadciekłość to fascynujący temat dla fizyków, ale dla reszty świata liczy się przede wszystkim jedno: ciekły hel to najskuteczniejszy znany czynnik chłodzący. I na tej właściwości opiera się połowa współczesnej technologii.

Niewidzialny fundament

Typowy skaner MRI potrzebuje kilkuset do dwóch tysięcy litrów ciekłego helu, by utrzymać nadprzewodzące magnesy w temperaturze bliskiej zera absolutnego. Na świecie rocznie wykonuje się setki milionów badań rezonansem magnetycznym. Bez helu diagnostyka obrazowa współczesnej medycyny straciłaby jedno z najpotężniejszych narzędzi.

Przemysł półprzewodnikowy zużywa coraz więcej helu — jako chłodziwo, gaz ochronny i medium do testów szczelności. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN-ie wymaga ponad 120 ton ciekłego helu do chłodzenia magnesów. Nurkowie głębinowi oddychają mieszankami helowymi zamiast powietrza. NASA wykorzystuje hel do wypierania paliwa rakietowego ze zbiorników. Spawacze chronią nim spoinę przed utlenianiem. Producenci światłowodów potrzebują atmosfery helowej.

Lista jest długa, a wspólny mianownik jeden: hel jest niezastąpiony. Żaden inny gaz nie łączy w sobie tak niskiej temperatury wrzenia, chemicznej obojętności, przewodności cieplnej i zdolności przenikania przez najdrobniejsze szczeliny.

Surowiec, który ucieka

Hel na Ziemi nie jest produkowany — jest wydobywany. Powstaje jako produkt uboczny rozpadu promieniotwórczego w skorupie ziemskiej i gromadzi się w tych samych pułapkach geologicznych co gaz ziemny. Proces akumulacji trwa miliony lat. Proces zużycia — minuty.

Globalny rynek helu jest skrajnie skoncentrowany. Przez większość XX wieku dominowały Stany Zjednoczone z ich Federalną Rezerwą Helu w Teksasie. Potem doszedł Katar, odpowiadający za około jedną trzecią światowej produkcji. Od 2006 roku świat doświadczył czterech poważnych kryzysów podażowych — za każdym razem z innych przyczyn, ale z tym samym motywem: zbyt mało dostawców, za duży popyt, brak bufora bezpieczeństwa.

Problem ma wymiar fizyczny, którego nie rozwiąże żadna polityka handlowa. Hel jest tak lekki, że grawitacja Ziemi go nie zatrzymuje. Każdy atom uwolniony do atmosfery wędruje w górę i w końcu ucieka w przestrzeń kosmiczną. Bezpowrotnie. To jedyny surowiec strategiczny, który dosłownie ulatuje z planety.

Wyścig z ubytkiem

Branża medyczna wdraża skanery MRI z zamkniętymi obiegami helu, które drastycznie ograniczają straty. Pojawiają się prototypy magnesów niewymagających ciekłego helu w ogóle, choć ich masowe wdrożenie to perspektywa lat. Laboratoria budują systemy odzysku i ponownego skraplania. Na horyzoncie widać nowe złoża — w Tanzanii, Kanadzie, Wyoming — ale każde wymaga lat inwestycji, zanim zacznie dostarczać gaz na rynek.

Unia Europejska i Kanada oficjalnie sklasyfikowały hel jako surowiec krytyczny. Ponad dwadzieścia krajów wymaga specjalnych licencji eksportowych.

Jest w tym coś osobliwego: pierwiastek, który stanowi jedną czwartą materii we Wszechświecie, który powstał w pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu i jest paliwem każdej gwiazdy — na jedynej planecie, gdzie ktoś go potrzebuje, okazuje się towarem deficytowym. Jakby kosmos robił nam złośliwy żart: dał nam ocean helu tam, gdzie go nie dosięgniemy, i ledwie strużkę tam, gdzie bez niego nie potrafimy żyć.