En la instalación de resonancia magnética nuclear de la Universidad Estatal de Mississippi, tres potentes imanes permiten ver cómo se unen los átomos. Los químicos utilizan esta tecnología para diseñar nuevos polímeros y estudiar cómo se adhieren las bacterias a las superficies. Para que todo esto funcione, necesitan un elemento que puede encontrarse en las tiendas minoristas, aunque su suministro siempre escasea: el helio.

Cada 12 semanas, la universidad paga entre 5.000 y 6.000 dólares para reponer el helio líquido necesario para enfriar el cable superconductor enrollado dentro de los imanes hasta -269 °C.

"Es, con diferencia, el mayor gasto que tenemos. El principal coste que derivamos a nuestros usuarios es la compra de helio líquido, que prácticamente se ha duplicado en el último año", afirma Nicholas Fitzkee, director de las instalaciones.

El helio es un excelente conductor del calor. A temperaturas cercanas al cero absoluto, a las que la mayoría de los materiales se congelarían, el helio permanece líquido. Eso lo convierte en un refrigerante perfecto para cualquier cosa que deba mantenerse muy fría.

El helio líquido es, por tanto, esencial para cualquier tecnología que utilice imanes superconductores, incluidos los escáneres de resonancia magnética (IRM) y algunos reactores de fusión. El helio también enfría aceleradores de partículas, ordenadores cuánticos y los detectores de infrarrojos del telescopio espacial James Webb. Como gas, el helio aislar el calor del silicio y evitar daños en los semiconductores.

"Es un elemento crítico para el futuro", afirma Richard Clarke, consultor británico especializado en recursos basados en el helio y coeditor de un libro sobre este elemento. De hecho, la Unión Europea incluye el helio en su lista de materias primas críticas para 2023, y Canadá también lo incluyó en una lista de minerales críticos.

Una y otra vez, a lo largo de la historia del desarrollo tecnológico, el helio ha desempeñado un papel fundamental, aunque su suministro ha sido escaso. Como parte de la Serie del 125 aniversario de MIT Technology Review, hemos repasado cómo el helio se convirtió en un recurso tan importante y cómo podría cambiar la demanda en el futuro.

En ocasiones, los países han tomado medidas extremas para garantizar un suministro constante de helio. En nuestro número de junio de 1975, dedicado a los materiales críticos, un ingeniero de Westinghouse llamado H. Richard Howland escribió sobre un controvertido programa estadounidense que almacenó helio durante décadas.

Incluso hoy en día, el helio no siempre es fácil de conseguir. El suministro mundial depende principalmente de sólo tres países -Estados Unidos, Qatar y Argelia- y de menos de 15 empresas en todo el mundo.

Con tan pocas fuentes, el mercado del helio es especialmente sensible a las interrupciones: si una planta deja de funcionar o estalla una guerra, el elemento puede escasear de repente. Y como señaló Fitzkee, el precio del helio ha subido rápidamente en los últimos años, poniendo en aprietos a hospitales y grupos de investigación.

Según Phil Kornbluth, consultor especializado helio, el mercado mundial ha sufrido cuatro escaseces desde 2006. Y el precio del helio casi se ha duplicado desde 2020, de 7,57 dólares por metro cúbico a un máximo histórico de 14 dólares en 2023, según el Servicio Geológico de Estados Unidos.

Algunos laboratorios de investigación, incluido el de Fitzkee, ahora están instalando sistemas de reciclaje para el helio, y los fabricantes de resonancias magnéticas están fabricando escáneres de próxima generación que necesitan menos. Pero muchas de las industrias de alta tecnología del mundo -incluidas la informática y la aeroespacial- probablemente necesiten aún más helio en el futuro.

"A fin de cuentas, lo que está ocurriendo es que el helio es cada vez más caro. La era del helio barato probablemente haya pasado", afirma Ankesh Siddhantakar, doctorando de Gestión de la Sostenibilidad de la Universidad de Waterloo (Canadá).

Necesario en alta tecnología

El helio es el segundo elemento de la tabla periódica, lo que -como quizá recuerde de las clases de química del instituto- significa que sólo tiene dos protones (y, por tanto, dos electrones).

Gracias a su sencilla estructura, los átomos de helio son de los más pequeños y ligeros, sólo superados por los de hidrógeno. Son extremadamente estables y no reaccionan fácilmente con otras sustancias, lo que facilita su incorporación a procesos industriales o químicos.

Uno de los principales usos del helio líquido a lo largo de los años ha sido refrigerar los imanes de los escáneres de resonancia magnética, que ayudan a los médicos a examinar órganos, músculos y vasos sanguíneos. Pero el coste del helio ha subido tanto y el suministro ha sido tan volátil que los hospitales buscan otras opciones.

Los fabricantes de resonancias magnéticas, como Philips y General Electric, venden ahora escáneres que necesitan mucho menos helio que las generaciones anteriores. Esto debería ayudar, aunque se tardarán años en actualizar los aproximadamente 50.000 escáneres de resonancia magnética instalados en la actualidad.

Otras industrias también están encontrando formas de evitar el helio. Los soldadores han sustituido el argón o el hidrógeno en algunos trabajos, mientras que los químicos han cambiado al hidrógeno para la cromatografía de gases, un proceso que les permite separar mezclas.

Pero no existe una buena alternativa al helio para la mayoría de las aplicaciones, y el elemento es mucho más difícil de reciclar cuando se utiliza como gas. En las fábricas de semiconductores, por ejemplo, el helio elimina el calor que rodea al silicio para evitar daños y lo protege de reacciones no deseadas.

Con el aumento de la demanda de informática, impulsada en parte por la inteligencia artificial, Estados Unidos está invirtiendo mucho en la construcción de nuevas fábricas, lo que probablemente aumentará la demanda de helio. "No hay duda de que la fabricación de chips será la mayor aplicación en los próximos años, si no lo es ya", afirma Kornbluth. En general, según Kornbluth, la industria del helio prevé un crecimiento de un solo dígito en los próximos años.

De cara al futuro, Clarke predice que la mayoría de las industrias acabarán eliminando progresivamente los usos no esenciales del helio. En su lugar, lo utilizarán principalmente para refrigeración criogénica o en casos en los que no haya alternativa. Esto incluye ordenadores cuánticos, cohetes, cables de fibra óptica, fábricas de semiconductores, aceleradores de partículas y ciertos reactores de fusión. "Es algo que, por una cuestión de costes, todas estas nuevas tecnologías deben tener en cuenta", concluye Clarke.

Dada su importancia para tantas industrias, Siddhantakar cree que el helio debería ser una prioridad para quienes piensan en gestionar recursos estratégicos. En un análisis reciente, descubrió que las cadenas mundiales de suministro de helio, litio y magnesio se enfrentan a riesgos similares. "Es un elemento clave para aplicaciones críticas, y creo que es uno de los aspectos que hay que comprender y valorar más", afirma Siddhantakar.

Un equilibrio delicado

El helio que utilizamos hoy en día se formó a partir de la descomposición de materiales radiactivos hace millones de años y ha permanecido atrapado en rocas bajo la superficie de la Tierra desde entonces.

El helio suele extraerse de estos depósitos subterráneos junto con el gas natural, como explicaba John Mattill en un artículo de nuestro número de enero de 1986: "El helio puede separarse fácilmente del resto de gases antes de la combustión, pero cuanto menor sea la concentración de helio, mayor será el coste de hacerlo".

En términos generales, las concentraciones de helio deben ser como mínimo del 0,3% para que las compañías de gas se molesten en utilizarlo. Tales niveles sólo se encuentran en un puñado de países, entre ellos Estados Unidos, Argelia, Canadá y Sudáfrica. Qatar tiene concentraciones más bajas, pero produce suficiente gas natural para justificar la recuperación de helio a esos niveles inferiores.

Por tanto, la escasez de helio no se debe a una falta de este elemento, sino a la incapacidad de los productores de esos pocos países para suministrarlo a los clientes de todo el mundo en el momento oportuno. Esto puede ocurrir por varias razones. "Es un negocio muy global, y cada vez que estalla una guerra en algún lugar, o algo por el estilo, le afecta", dice Kornbluth.

Otro problema es que los átomos de helio son tan ligeros que la gravedad terrestre no puede retenerlos. Tienden a flotar, incluso escapando de tanques especialmente diseñados. Hasta el 50% del helio que extraemos se pierde antes de poder ser utilizado, según un nuevo análisis presentado por Siddhantakar recientemente en la Mesa Redonda Internacional sobre la Criticidad de los Materiales.

Por todo ello, los países que necesitan mucho helio -Canadá, China, Brasil, Alemania, Francia, Japón, México, Corea del Sur y el Reino Unido están entre los principales importadores- deben trabajar constantemente para garantizar un suministro fiable. Estados Unidos es uno de los mayores consumidores de helio, pero también uno de los principales productores.

Durante décadas, el mercado mundial del helio estuvo estrechamente vinculado al gobierno estadounidense, que comenzó a almacenar helio en Texas en 1961 con fines militares. Tal y como escribió Howland en 1975, "La justificación original del programa federal de conservación de helio era almacenar helio hasta un momento posterior en que fuera más esencial y estuviera menos disponible".

Pero Estados Unidos ha ido vendiendo poco a poco gran parte de sus reservas y ahora está subastando el resto, con una venta final pendiente para los próximos meses. Las consecuencias aún no están claras, aunque parece probable que agencias como la NASA tengan que pagar más por el helio en el futuro. Como escribió Christopher Thomas Freeburn en un artículo de 1997 titulado "Save the Helium" [juego de palabras con “salvar” y “ahorrar” este elemento (N. de la T.)] "Al eliminar la reserva, el gobierno federal... se ha puesto a merced del mercado".

Los clientes de todo el mundo siguen dependiendo abrumadoramente de Estados Unidos y Qatar, que juntos producen más del 75% de todo el helio que se utiliza en el mundo. Pero EE.UU. ha producido y exportado mucho menos en la última década, mientras que la demanda de los consumidores estadounidenses aumentó un 40%, según Robert Goodin, experto del USGS.

Ansiosos por llenar el vacío, nuevos países están empezando a producir helio, y un aluvión de empresas está explorando posibles proyectos en todo el mundo. El año pasado se inauguraron cuatro plantas de helio en Canadá y una en Sudáfrica.

Rusia está a punto de abrir una enorme planta que pronto suministrará helio a China, superando así a Argelia como tercer productor mundial. "Rusia se convertirá en el tercer productor en 2025, y acabará representando una cuarta parte del suministro mundial en los próximos cinco años", afirma Kornbluth.

Qatargas, en Qatar, va a abrir una cuarta planta que, junto con la nueva de Rusia, aumentará el suministro mundial de helio en un 50% en los próximos años, añade.

Algunas empresas están estudiando emplazamientos donde extraer helio sin tratarlo, como subproducto del gas natural. Helium One está explorando varias fuentes de este tipo en Tanzania. 

¿Será suficiente?

Ya en 1975, Howland describió el mercado del helio como "un ejemplo de las falsas promesas, ineficiencias y trampas económicas que debemos evitar para saber preservar nuestros recursos no renovables".

También predijo que Estados Unidos agotaría gran parte de sus reservas conocidas de helio a finales de siglo. Sin embargo, según un reciente análisis del USGS, Estados Unidos aún dispone de suficiente helio en reservas de gas natural para 150 años más.

"Como ocurre con muchas otras cosas, aquí se trata de la gestión sostenible de los recursos", apostilla Siddhantakar.