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深刻化するヘリウム不足 東京ディズニーランドも風船販売中止

ヘリウム(He)が足りない状況が続いている。2012年11月に東京ディズニーランドがヘリウムを詰めた風船の販売を中止したほか、ガス販売会社が相次いでヘリウムの供給を一時停止する事態に追い込まれた。いずれもヘリウムの安定調達が難しくなったことによる。ヘリウムの埋蔵量は、既存技術によって生産可能な範囲で約70億立方メートル(m3)。現在のペースで消費を続ければ25年後に枯渇する。消費量を大幅に減らすとともに、枯渇するまでに新しい生産技術を確立しなければ、近いうちに使えなくなる日が訪れる。

光ファイバや半導体の製造に利用

ヘリウムの工業原料としての特徴は、特異な性質のために代替が難しい用途が数多くあること、供給源が限られていることにある。この意味で、水素(H)に次ぎ2番目に多い元素であるにもかかわらず、レアアースと同じ供給問題を抱えるリスクがある。

特異な性質の一つは、沸点が約-269℃と元素の中で最低であること。比熱が大きく熱伝導率が高い特徴もあって、冷却用途に適している。光ファイバの製造工程において、溶融して成形したガラスの冷却、半導体製造のスパッタリング工程で高温になったシリコン(Si)ウエハーの冷却などに使える。超電導コイルを利用するMRI(核磁気共鳴画像法)機器やMEG(脳磁計)などの医療機器でも欠かせない製品がある。

また、原子量は小さく、水素と異なり不活性で安定していることから、気球や風船に詰めても安全である。さらに直径が小さいため気密性の検査に利用されている。肺に吸い込んで話すと、甲高い「ドナルドダッグ・ボイス」になるのは、音が空気中よりも速く進む性質による。

冷却だけを目的とする用途では窒素(N)、不活性だけを生かす場合はアルゴン(Ar)など、代替元素は存在する。しかし、複数の特長を生かした光ファイバや半導体の製造などの用途ではヘリウムを代替することは難しいという。

空気からは採取できない

ヘリウムの生産は、それを比較的高い比率で含む天然ガスから採取することで行う。天然ガス田は数多くあるが、供給元は大きく増えない傾向にある。ヘリウムを採算に合うコストで取り出せるガス田が限られているためだ。最近採掘が進んでいるシェール・ガス田からはヘリウムを採取できていない。また、これまで市場へ潤沢に放出されてきた在庫が底をつき始めている。主な生産国である米国は、1960年代に軍用の戦略物資として大量に備蓄、その後に方針を転換し1990年代からは民間へ継続的に放出したが、この放出が2015年に終わる。

代替が難しいために安定的な需要があり、新興国での需要が増えている一方、供給が限られる状態が続いたことで、特に2000年代後半から構造的に需給が引き締まった状況に陥っている。こうした中、2012年11~12月に極めて深刻なヘリウム不足に陥ったのは、主力生産工場での定期修理が長引いたことによる。この時期までにシェール・ガスの採掘が増えたことなどで天然ガス需要が低迷したことも影響した。直近の平均輸入価格は、2000年代前半までの需給が比較的安定していた時期と比べて2倍になった。

日本におけるヘリウムの輸入単価(円/グラム、財務省貿易統計から作成)

ただし2013年後半には、少なくとも日本では深刻なヘリウム不足は解消へ向かう見込みである。調達先を米国以外に広げる動きが出てきたためである。例えば岩谷産業は2013年から20年間にわたり年間800万m3のヘリウムを輸入する権益を獲得した。年間800m3は2010年の輸入量(国内消費量に相当)の60%に当たる。

ヘリウム循環装置で消費量を100分の1に

さらにユーザー側でも消費量を大幅に減らす工夫を始めた。東京大学大学院新領域創成科学研究科教授の武田常広氏は、MEGを使った研究のために、自ら会長を務めるベンチャー企業FTI(Frontier Technology Institute Inc.)で開発したヘリウム循環装置を利用している。

この装置は、循環装置に組み込む冷却装置を年間1回程度保守する時以外にヘリウムを投入しなくてよい。冷却装置の目詰まりの原因となる不純物を取り除くフィルタを新たに開発、保守周期を大幅に長くした。断熱チューブも新規に開発した。これで冷却装置をMEGの雑音源とならないように数m離して設置しても、ヘリウムの搬送時に温度がほとんど上昇しない。ヘリウム消費量は、冷媒を使い捨てにする場合の100分の1に減るという。

数十年先の将来を見ると、新しいヘリウム生産技術が実用化する可能性はある。その一つは空気中に微量に含まれるヘリウムを採取する方法である。大気中のヘリウム濃度は0.0005%程度と、天然ガスにおけるヘリウム濃度(現在の採算分岐点の0.3%超)よりも大幅に低い。現在は採算が合わず、実用化されていないようである。

核融合による生産方法もある。もし、核融合が実用化された際には、副生成物としてヘリウムができる。ただし、つくられるエネルギーに対して生成されるヘリウムは少なく、ヘリウムの大量生成を目的とするには向かないかもしれない。今後、既存の採取方法よりも複雑な工程を経る新規手法を低コスト化する技術が求められる。

(Tech-On! 三宅常之)

[Tech-On! 2013年2月14日掲載]

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