Właśnie dlatego tak działa na wyobraźnię historia z południowej Afryki: w jednym z najstarszych fragmentów skorupy ziemskiej znaleziono system, który w praktyce potrafił magazynować hel przez niewyobrażalnie długi czas. Mówimy o gazie uwięzionym w strukturach powiązanych z rejonem słynnych złóż złota w basenie Witwatersrand, gdzie w gazie ziemnym notuje się wyjątkowo wysokie udziały helu.
Nie chodzi tylko o samą ciekawostkę. Takie geologiczne sejfy mogą podpowiedzieć, gdzie jeszcze na świecie warto szukać helu, szczególnie teraz, gdy temat bezpieczeństwa dostaw wraca jak bumerang.
Hel z wnętrza skał: powolna produkcja, wielka cierpliwość
Kluczowy mechanizm jest w gruncie rzeczy prosty: hel powstaje jako produkt rozpadu promieniotwórczego (głównie uranu i toru) w skałach. Tyle że produkcja jest wolna, a żeby hel miał sens gospodarczy, musi się jeszcze wydarzyć druga sztuka, gaz musi się wydostać z minerałów, przemieścić i trafić do pułapki, która nie przepuści go na powierzchnię.
W rejonie Witwatersrand ten „generator jest wyjątkowo stary i bogaty. W skałach nazywanych rafami złotonośnymi znajdują się koncentracje minerałów zawierających uran i tor, a same jednostki skalne mają ok. 2,8–3,0 miliarda lat. To dokładnie ten typ środowiska, w którym hel może wytwarzać się przez eony, pod warunkiem, że coś go po drodze nie rozproszy.
W opisywanym miejscu dochodzi jeszcze drugi potencjalny wkład: głębiej leży podłoże granitowe, które również może produkować hel i oddawać go do systemu szczelin. W skrócie: jest źródło, są drogi migracji, a dalej zaczyna się najciekawsze pytanie: co sprawiło, że to wszystko zostało zatrzymane na tak długo.
Skała, która trzyma gaz jak sejf: co mogło zamknąć hel na setki milionów lat?
Hel to gaz „uciekinier”, więc jeśli gdzieś się kumuluje, musi istnieć sensowna pokrywa i układ pułapek. W tym przypadku wskazuje się, że istotną rolę mogły odegrać osady, które przykryły strukturę i uszczelniły ją w dalekiej przeszłości. Pada tu rząd wielkości ok. 270 milionów lat od momentu, gdy czapa osadowa mogła skutecznie domknąć system.
Do tego dochodzi architektura pęknięć i uskoków: wędrówka gazów w skorupie często przypomina poruszanie się po sieci mikroszczelin i większych stref uskokowych. Jeśli taka sieć prowadzi do miejsca, gdzie skały są wystarczająco szczelne, a geometria tworzy pułapkę strukturalną, hel może się akumulować zamiast rozpraszać.
Efekt ma być spektakularny: w jednym z projektów eksploatacyjnych w tym rejonie wspomina się o gazie z udziałem helu sięgającym nawet 12%. A szacunki zasobów helu dla całego złoża idą w bardzo duże liczby, mówi się o wielkości przekraczającej 400 miliardów stóp sześciennych.
Metan od mikroorganizmów i hel na doczepkę: duet z głębi
W tej historii jest jeszcze jeden twist, który dodaje jej życia: nośnikiem wcale nie musi być klasyczny gaz z głębokiej termicznej kuchni węglowodorowej. Zwraca się uwagę, że metan w tym rejonie bywa biogeniczny, czyli powiązany z aktywnością mikroorganizmów, a nie tylko z wysokotemperaturowymi reakcjami w skałach.
Co więcej, w okolicznych kopalniach opisywano wody z głębi rzędu 3 km, w których żyją mikroby korzystające z chemii środowiska. Taka głęboka hydrologia, wody krążące w szczelinach, zbierające sole i gazy, może działać jak przenośnik: rozpuszcza, transportuje, a potem przy zmianie warunków uwalnia pęcherzyki metanu, które po drodze zabierają hel.
To jest fascynujące z praktycznego punktu widzenia, bo pokazuje, że hel nie zawsze musi jechać na plecach ropy i gazu węglowodorowego. Coraz częściej mówi się o złożach, gdzie hel występuje w układach o innym charakterze i właśnie takie systemy mogą mieć znaczenie w świecie, który próbuje ograniczać emisje i równolegle utrzymać dostęp do krytycznych gazów technicznych.
Dlaczego hel stał się problemem strategicznym?
Hel jest niezastąpiony w zastosowaniach kriogenicznych, szczególnie tam, gdzie trzeba chłodzić nadprzewodzące magnesy, m.in. w aparatach MRI. To nie jest miły bonus, tylko warunek działania sprzętu w wielu placówkach. Jednocześnie rynek helu ma za sobą okresy napięć i ograniczeń podaży, co odczuwają laboratoria i przemysł. Gdy popyt rośnie, a nowe źródła nie pojawiają się wystarczająco szybko, robi się nerwowo, a nerwowość w łańcuchu dostaw kończy się zwykle wzrostem cen i limitowaniem dostępności.
W tym kontekście projekt w Witwatersrand jest interesujący także technicznie: opisuje się tam produkcję ciekłego helu na miejscu, co wymaga zejścia do temperatury ok. -269°C. Wspomina się też parametry planowanej produkcji w pierwszym etapie, rzędu ok. 770 funtów ciekłego helu dziennie. To już nie brzmi jak geologiczna ciekawostka, tylko jak próba postawienia realnego źródła podaży.
W epoce, w której wszyscy dyskutują o energii, emisjach i bezpieczeństwie surowcowym, hel jest cichym bohaterem w tle. Niby nie grzeje domów i nie napędza aut, ale bez niego zaczynają się schody w medycynie i w zaawansowanej technologii. I właśnie dlatego każde miejsce, które potrafi trzymać hel jak sejf, jest dziś czymś więcej niż geologiczną sensacją.