Beschaffung Helium: So alt wie das Universum

Zehn Sekunden nach dem Urknall verschmolzen die ersten Wasserstoffatomkerne zu Helium. Nach wie vor entsteht das farb- und geruchlose, ungiftige Gas bei der Kernfusion im Inneren von Sternen wie der Sonne. Im Universum ist Helium daher das zweithäufigste Element nach Wasserstoff.

Auf der Erde ist das zweithäufigste Element des Universums selten

Nur auf der Erde ist es selten. Dort entsteht das Edelgas durch den radioaktiven Zerfall von Uran, Thorium oder Radium und sammelt sich dann in natürlichen Erdgaslagerstätten an. Diese enthalten oft bis zu 16 Prozent Helium. In Regionen mit aktivem Vulkanismus dringt das Element mit der Ordnungszahl 22 zudem aus tieferen Erdschichten an die Oberfläche.

So stießen Geologen 2016 im vulkanisch aktiven ostafrikanischen Graben in Tansania auf Heliumvorräte, mit denen die Welt ihren Bedarf an dem Rohstoff sieben Jahre lang decken könnte. Auch entlang der Rocky Mountains könnte die dortige Plattenverschiebung das Gas aus den Tiefen der Erde bis knapp unter deren Oberfläche befördert haben.

Nebenprodukt der Erdgasförderung

 Solche Funde sind jedoch Zufallstreffer. Geologen kennen keine Erkundungsstrategien, mit denen sie Helium-Lagerstätten in vulkanisch und seismisch aktiven Zonen systematisch suchen könnten. Neues Helium finden sie daher in der Regel nur, wenn sie Erdgaslagerstätten erschließen.

Die größten Lieferanten des Edelgases sind deshalb auch jene Länder, die die Welt mit fossilen Brennstoffen versorgen. Im Jahr 2018 stammten 56 Prozent oder 90 Millionen Kubikmeter der weltweit angebotenen 160 Millionen Kubikmeter Helium aus den USA. Katar steuerte 28 Prozent oder 45 Millionen Kubikmeter zum globalen Angebot bei, Algerien 14 Millionen Kubikmeter. Das waren 8,7 Prozent der verfügbaren Menge.

Insgesamt, so die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), gibt es weltweit nur sieben wirklich bedeutende Lieferländer. Neben den USA, Algerien und Katar sind das Russland, Polen, Kanada und Australien.

Theoretisch könnten diese Staaten jedes Jahr 252 Millionen Kubikmeter des Edelgases gewinnen – 80 Millionen Kubikmeter mehr als Unternehmen weltweit verbrauchen. Doch während Russland und Polen die Welt mit gleichbleibenden Mengen beliefern, geht das Angebot aus den übrigen Staaten zurück. So verkaufen die USA seit 2018 aus dem staatlichen Speicher in Cliffside in Texas kein Helium mehr an private Kunden. Die Förderung des zweitgrößten Lieferanten Katar brach im selben Jahr um 27 Prozent ein.

Die Preise für Helium sind daher seit 2017 explodiert. So kostete ein Kubikmeter Helium aus dem Cliffside-Speicher bei der letzten Auktion des dafür zuständigen US Bureau of Land Management 2018 mit 9886 US-Dollar 135 Prozent mehr als im Jahr zuvor. Die Ladung eines Tankwagens voll Helium hatte damit einen Wert von knapp einer Million Dollar. Bis 2024 steigen die Preise für das Gas jedes Jahr um weitere acht bis zehn Prozent, erwartet der Hamburger Händler von Energierohstoffen Nasco.

Unternehmen in Staaten, die wie Deutschland auf Heliumimporte angewiesen sind, leiden in dieser Situation massiv. Teilweise werden sie nicht mehr mit den Mengen Helium beliefert, die sie geordert haben. Zugleich drückt der Einkaufspreis für die Kubikmeter, die sie bekommen, auf die Margen. Diesem Kreislauf entziehen sich Einkäufer nur, wenn sie in Anlagen investieren, aus denen kein Helium entweichen kann.

Denn wenn das Gas austritt, steigt es auf und verlässt die Erdatmosphäre. Helium hat eine so geringe Masse, dass die Erdanziehung das Element nicht zurückhalten kann.

Auf das Edelgas verzichten können Unternehmen nicht. Kein anderes Element ist chemisch so reaktionsträge und bei 271 Grad Celsius unter Null, also nur gut zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt, noch flüssig. Deshalb ist es der geeignete Stoff, um die supraleitenden Magneten in Kernspintomografen sowie im Teilchenbeschleuniger des Forschungszentrums Cern in Genf oder die Chips in Quantencomputern zu kühlen.

In Weltraumraketen hält Helium den Druck in den Treibstofftanks aufrecht. Bei der additiven Fertigung treten weniger Spratzer auf, wenn Bauteile in Helium gefüllten Räumen gedruckt werden. Die erzeugten Werkstücke sind stabiler, weil sie weniger Poren haben. Außerdem verläuft  der Druckvorgang schneller.

Helium wird auch in der Halbleiterfertigung und der Gaschromatografie eingesetzt. Mit ihm lässt sich prüfen, ob Bauteile dicht sind. Das Gas ist unverzichtbar, um unter Wasser zu schweißen. Mit ihm werden Seitenairbags gefüllt. Es lässt Wetterballone und Zeppeline aufsteigen und füllt als Zusatz die Luftflaschen von Tiefseetauchern.

Lange diente Helium auch als Füllstoff für Partyluftballons. Ob das eine Zukunft hat, bleibt bei der angespannten Preis- und Versorgungslage für das seit dem Urknall existierende Edelgas abzuwarten.

 Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

* Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen

** Die Angaben des USGS umfassen nur Reserven in den USA, Algerien, Polen und Russland

*** Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen