Mar 02, 2026

Importancia y Futuro del Gas Helio

Fue posible escribir este artículo referente a la importancia y el futuro del gas helio debido a la existencia de muchas excelentes publicaciones sobre este tema; algunos más recientes están listados en Bibliografías Seleccionadas.

Donald A. Goddard/Liverpool Petroleum

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Introducción

El helio es uno de los gases nobles pertenecientes al grupo 18 de la Tabla Periódica de los Elementos. Estos gases son helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr), xenón (Xe), radón (Rn) y oganesón (Og). El helio es un gas inerte incoloro, inodoro e insípido, y el segundo gas más abundante en el universo después del hidrógeno. Su importancia es mucho mayor de lo que la mayoría de la gente sabe, y es fundamental hoy y para el futuro. Es un gas estratégico para la industria y la ciencia, sin sustituto práctico para muchos usos críticos. Es un gas no renovable que se utiliza en aplicaciones emergentes y en industrias consolidadas desde hace más de 50 años. 

Todo el gas helio comercial se recupera del gas natural; representa una porción muy pequeña del gas, pero puede llegar a representar hasta el 10 % del gas natural en algunos yacimientos de petróleo y gas. Se considera necesario un contenido de helio del 0.3 % o superior para la extracción comercial de helio. Procedente de yacimientos de gas natural, se comercializa como helio crudo, que contiene entre un 75 % y un 80 % de helio, y como helio de grado A, con una pureza del 99.9 %.

Sin embargo, al referirse a este gas, es importante describir los isótopos helio-3 y helio-4. Por ejemplo, el helio-3, aunque no es el componente más común del helio, se considera un isótopo excepcionalmente importante, raro y valioso para la energía futura y la tecnología avanzada. Si bien el helio-4 es abundante, es la forma común que se utiliza en globos, dirigibles, sistemas de refrigeración y soldadura.

En cuanto al helio-3, su importancia frente al helio convencional reside en su capacidad para utilizarse en la fusión nuclear con deuterio para producir energía limpia a gran escala sin generar residuos radiactivos peligrosos. Es un gas raro en la Tierra, lo que genera una alta demanda y resulta extremadamente caro. Debido a su estructura atómica (dos protones y un neutrón), es esencial para la física de baja temperatura (criogenia), la computación cuántica y los escáneres de seguridad de alta tecnología.

El gas helio se obtiene como subproducto de la purificación del gas natural mediante destilación criogénica. Por lo tanto, su producción está ligada a la del metano. Se encuentra principalmente en yacimientos de gas natural, donde su concentración suele determinar la viabilidad económica de su extracción. Su principal fuente es el gas natural, que debería contener alrededor de un 0,3 % de helio para considerarse una fuente económica de este gas raro. El contenido de helio en el aire es muy bajo, de aproximadamente un 0,005 %. Las principales reservas de helio rondan los 8 millones de toneladas, distribuidas principalmente en EE. UU., Argelia, Qatar, Rusia, Canadá y China.

Referente a la comercialización, productores de gas natural como Gazprom, Exxon-Mobile y Qatar Gas, suministran una parte del mercado del helio. La otra parte se obtiene mediante subastas anuales de la Reserva Federal de Helio de Estados Unidos, que vende gas helio crudo a refinerías de Linde, Air Liquide, Praxair, Air Products y Messier. El mercado del helio es volátil no solo debido a la oferta y la demanda, sino también a las complejidades logísticas y de almacenamiento. Por ejemplo, en los últimos 15 años se produjeron tres escaseces de helio con un lapso de seis años, en los que la oferta no pudo satisfacer la demanda. Con características económicas y métodos de producción tan diversos que dificultan el abastecimiento de la demanda, se requiere urgentemente una mejor comprensión de los elementos que influyen en el segundo elemento más común del universo, pero en cantidades limitadas en la Tierra.

Cabe mencionar que las disrupciones geopolíticas ya han provocado escasez global entre 2019 y 2023 debido al aumento en la fabricación de chips de IA, la expansión de la industria espacial, la tecnología médica avanzada, la fusión y la investigación cuántica. Esto ha provocado retrasos en la obtención de imágenes médicas, ha afectado negativamente a la producción de semiconductores y ha aumentado los costos industriales. Por lo tanto, muchos gobiernos ahora tratan el gas helio como petróleo o tierras raras, un material esencial para la cadena de suministro.

Utilización del Gas Helio 

El gas helio se utiliza ampliamente, principalmente en la industria aeroespacial, la construcción naval, la petroquímica, la industria nuclear, la tecnología láser, los tratamientos médicos, la investigación científica y la superconductividad criogénica. Su importancia reside en su inercia química, bajo punto de ebullición, alta permeabilidad y alta conductividad térmica. Sin embargo, el gas helio utilizado en aplicaciones como la cromatografía de gases se extrae del gas natural, cuyo principal problema es su escasez, lo que lo convierte en un recurso cada vez más difícil de encontrar.

Sus principales usos incluyen:

• Imágenes médicas (Máquinas de resonancia magnética). Los escáneres de resonancia magnética utilizan imanes superconductores. Estos imanes deben enfriarse a –269 °C (4 Kelvin). El helio líquido es la única sustancia que puede lograr esto de forma fiable a gran escala. Los sistemas sanitarios de todo el mundo dependen del helio para el diagnóstico.
• Fabricación de semiconductores y alta tecnología
• Fabricación de fibra óptica, sistemas aeroespaciales y de cohetes, detección de fugas en equipos de alta precisión. A medida que la IA, los vehículos eléctricos y la informática avanzada crecen, también crece la demanda de helio.
• Aplicaciones espaciales y de defensa: se utiliza para presurizar los tanques de combustible de cohetes, especialmente en la NASA, en lanzamientos espaciales privados y en sistemas satelitales y militares.
• Se utiliza en reactores nucleares y laboratorios de investigación.
• Investigación científica, como en aceleradores de partículas, computación cuántica y experimentos de superconductividad.
• En criogenia, donde el helio facilita la física y la ciencia de los materiales de vanguardia.
• En detectores de neutrones que se utilizan en seguridad, con escáneres en puertos y fronteras para detectar materiales nucleares.

Fuente Geológica y Propiedades Físicas

Toda la producción comercial de gas helio proviene principalmente de dos tipos básicos de depósitos comerciales: 1) Yacimientos de arenisca de gas natural, producidos principalmente por su contenido de hidrocarburos, que suelen contener menos del 3% del gas helio. 2) Yacimientos de helio puro con poco o ningún hidrocarburo, producidos exclusivamente por el helio, que suele representar entre el 5% y el 10% del gas. Si bien el gas natural, en el que el helio es solo un subproducto, contiene un porcentaje mucho menor de helio, ha suministrado la mayor parte del helio consumido.

Se ha reportado que, hasta la fecha, el descubrimiento de yacimientos de helio nunca ha sido intencional, ya que se localiza principalmente durante la extracción de petróleo y gas natural. Debido a su rareza, existen algunas empresas dedicadas exclusivamente a la extracción de gas helio que trabajan a gran escala. La mayoría de los geólogos creen que la mayor parte del helio presente en el gas natural proviene de la desintegración radiactiva del uranio y el torio, ya sea de lutitas negras radiactivas o de roca granítica del basamento. El granito y las rocas afines tienden a contener más uranio y torio que otros tipos de roca. Se consideran necesarias condiciones geológicas inusuales para las concentraciones comerciales de helio en el gas natural.

Las acumulaciones de helio se encuentran comúnmente en cierres estructurales que suprayacen a las elevaciones del lecho rocoso. Las fallas, fracturas e intrusivos ígneos se consideran vías importantes para la migración ascendente del helio hacia la sección sedimentaria. El radio atómico del helio es tan pequeño que la lutita, eficaz para atrapar metano, permite que el helio migre hacia arriba a través de sus poros. Las rocas de cubierta no porosas, como la halita (sal de roca) o la anhidrita, son más eficaces para atrapar el gas helio, y los depósitos se encuentran principalmente en rocas paleozoicas.

Historia Acerca Los Descubrimientos Del Helio

En Francia, el astrónomo francés Pierre Janssen identificó el helio por primera vez en 1868 durante un eclipse solar. Observó una línea espectral amarilla brillante en la luz solar que no coincidía con ningún elemento conocido. Poco después, el astrónomo inglés Norman Lockyer concluyó que se trataba de un elemento nuevo y lo denominó helio, del griego “helios” (sol). Hasta ese momento, nunca se había encontrado helio en la Tierra.

En el Reino Unido, el helio fue aislado por primera vez en la Tierra en 1895 por el químico escocés William Ramsay. Trató un mineral de uranio (cleveíta) con ácido y el gas liberado mostró la misma firma espectral que la línea de helio solar. Esto confirmó la existencia natural del helio en la Tierra.

En EE. UU., se encontró helio en cantidades significativas en el gas natural, en 1903, en un pozo de gas cerca de Dexter, Kansas que produjo este gas no combustible. Los análisis mostraron que contenía un alto porcentaje de helio. Con esto el país se convirtió posteriormente en el principal productor mundial de helio en el siglo XX gracias a las grandes reservas de gas natural en Texas, Oklahoma y Kansas. El ejército estaba interesado en el helio para globos y dirigibles y construyó la primera planta de extracción de helio, en 1915, en el pueblo de Petrolia, Texas. Cerca de este pueblo, en 1909, se descubrió un importante yacimiento de petróleo y gas natural, con un promedio de casi un 1 % de helio. La Armada de los Estados Unidos construyo tres plantas experimentales de helio durante la Primera Guerra Mundial para recuperar suficiente helio para abastecer globos de barrera con este gas no inflamable y más ligero que el aire. Dos de las plantas experimentales, al norte de Fort Worth, Texas, recuperaban helio del gas natural y transportado por tuberías desde el yacimiento de gas de Petrolia, en el condado de Clay en Texas.

En EE. UU., a lo largo de su historia de producción del gas helio, el gobierno controló la producción y la exportación mediante una serie de leyes, entre ellas:

• La Ley de Arrendamiento de Minerales de 1920, que preveía el arrendamiento de petróleo y gas en terrenos federales, reservó al gobierno todo el helio contenido en el gas natural en terrenos federales.
• A esta le siguió la Ley del Helio de 1925, que prohibió la exportación de helio, por considerarlo “un recurso mineral perteneciente a la defensa nacional”.
• En 1936 se firmó un acuerdo de arrendamiento con Goodyear-Zeppelin Corporation, que proporcionaba helio para la aviación comercial. Este fue el resultado de a pérdida de los buques USS Akron (1933) y del USS Macon (1935), por lo que el uso militar del helio disminuyó significativamente. 
• En 1937, el Congreso modificó la Ley del Helio para permitir la venta del helio producido en exceso de las necesidades del gobierno estadounidense. Sin embargo, el mayor cliente potencial era la Alemania nazi, que quería sustituir el hidrógeno responsable del desastre del Hindenburg por helio no inflamable. 
• Durante la Segunda Guerra Mundial, la demanda militar de helio aumentó, por lo que el gobierno federal construyó varias plantas de extracción de helio. Una de ellas se encontraba en Shiprock, Nuevo México, para recuperar helio del gas del campo de hidrocarburos Rattlesnake. Dicho campo, contenía principalmente nitrógeno, muy pocos hidrocarburos y se producía exclusivamente para el helio.
• Las Enmiendas a la Ley del Helio de 1960 facultaron a la Oficina de Minas de EE. UU. para gestionar cinco plantas privadas para recuperar helio del gas natural. La Oficina también construyó un gasoducto de 684 km (425 millas) desde Bushton, Kansas, para conectar dichas plantas con el yacimiento de gas Cliffside, parcialmente agotado por el gobierno, cerca de Amarillo, Texas. Para 1995, se habían almacenado mil millones de metros cúbicos de gas, pero la reserva tenía una deuda de $1400 millones, lo que llevó al Congreso de los Estados Unidos a eliminarla gradualmente en 1996.
• La consiguiente “Ley de Privatización del Helio de 1996” ordenó al Departamento del Interior de los Estados Unidos vaciar la reserva. Las ventas al gobierno y a contratistas gubernamentales comenzaron en 1998 y al mercado abierto en 2003. El programa de ventas ayudó a cubrir el endeudamiento generado y sigue siendo un método importante para la venta de helio.

Principales Países Productores del Gas Helio

Las reservas de gas helio por país y los mayores productores, que representan un nicho minero, pertenecen principalmente a Estados Unidos, Qatar, Argelia, Rusia, Canadá y China. Esta diversidad en las reservas de helio por país se debe a su proceso de producción y refinación. A pesar de ser el segundo elemento más abundante del universo, el helio sigue siendo un elemento poco común en la industria minera debido a sus propiedades físicas, como los requisitos de temperatura y presión.

Los EE.UU., durante muchos años, produjo más del 90% del gas helio comercial del mundo con una producción que alcanzaba 73 millones de metros cúbicos en 2014, y lo que representa el 40 % del suministro mundial. Ese ano, la Oficina de Administración de Tierras subastó helio crudo de la reserva nacional a un precio promedio de $104 por cada mil pies cúbicos de helio. El helio de grado A se vendió a unos $200 cada mil pies cúbicos, o $7.2 dólares por metro cúbico. 

En 2003, los yacimientos de gas natural de las Grandes Llanuras de Colorado, Kansas, Oklahoma y Texas aún tenían importantes reservas que están asociados con yacimientos de gas natural en areniscas del Paleozoico (Pérmico y Pensilvánico). Sin embargo, de los 727 BCF de reservas totales, 61 BCF se encontraban en el yacimiento Riley Ridge, en el oeste de Wyoming, un yacimiento de gas natural producido por su contenido de dióxido de carbono. La zona de las Cuatro Esquinas, en el suroeste de EE. UU., tiene yacimientos de gas natural que contienen entre un 5% y 10% de helio y altos porcentajes de nitrógeno, con poco o ningún contenido de hidrocarburos. Estos yacimientos están asociados con intrusiones ígneas en Arizona que produjeron petróleo de un dique ígneo fracturado. 

En 2012, se recuperó helio con 16 plantas de extracción de gas natural de pozos en Colorado, Kansas, Oklahoma, Texas y Wyoming. Además, el gobierno federal estadounidense vendió 30 millones de metros cúbicos del almacenamiento. Los más importantes eran los yacimientos de Hugoton, Panhandle, Greenwood y Keyes, todos ubicados en el oeste de Kansas, y los Panhandle de Oklahoma y Texas. En el yacimiento Panhandle, el contenido de helio vario entre un máximo de 1.3% o más, y un mínimo de 0.1%.

A partir del 2023, el almacenamiento a cargo del gobierno fue de 1.9 BCF, y 1.5 BCF, a cargo de empresas privadas.

Qatar se ha consolidado como una potencia dominante y a menudo ocupa el segundo lugar a nivel mundial, con una producción anual de entre 45 y 64 millones de metros cúbicos, principalmente provenientes de Ras Laffan. Argelia y Rusia, si bien poseen importantes reservas, generalmente producen menos que Qatar, debido a limitaciones de suministro, técnicas o geopolíticas. Como productor líder, se espera que su cuota de mercado crezca, impulsada por la expansión de la capacidad de producción de GNL y helio. Ubicada en Qatar, se encuentra la empresa irlandesa de extracción de gas helio, Linde Plc. Con una capitalización bursátil actual de $179 mil millones, mediante su tecnología de extracción probada, opera una de las plantas de helio más grandes de Qatar. 

Argelia es un proveedor importante, con niveles de producción que generalmente oscilan entre 11 y 15 millones de metros cúbicos al año. El helio se produce como subproducto del procesamiento de gas natural, especialmente en sus instalaciones de Arzew. Argelia posee importantes reservas mundiales, aproximadamente el 21 % del total de helio identificado. A mediados de la década de 1990, la planta de Arzew comenzó a producir 17 millones de metros cúbicos (600 millones de pies cúbicos), suficiente para abastecer toda la demanda europea.

Rusia ha aumentado rápidamente su capacidad de producción, estimada de 17 millones de metros cúbicos en 2026. Sin embargo, problemas operativos y factores geopolíticos pueden afectar negativamente esta situación. Posee las mayores reservas de gas natural del mundo con atractivas concentraciones de helio, especialmente en su lejano oriente, en la región del Amur. El gigantesco proyecto del Amur ha sufrido retrasos e incendios, lo que ha afectado al suministro.

China está incrementando rápidamente su producción nacional de helio para reducir su dependencia de las importaciones, utilizando tecnología nacional para extraer helio del gas natural de baja abundancia. La extracción china se centra en gas natural de baja abundancia, con un contenido típico de entre el 0.03 % y el 0.05 %, lo cual se ajusta a los estándares internacionales. El país utiliza sistemas criogénicos de purificación y eliminación de neón para lograr helio de ultraalta pureza. El helio producido localmente se utiliza en propulsores de cohetes, fabricación de semiconductores y otras industrias de alta tecnología. A pesar de estos avances, China aún importa la mayor parte de su helio, y aproximadamente el 90 % provenía de Qatar a finales de 2024.

Las instalaciones de producción se encuentran en el noroeste de China, concretamente en Ningxia, Shaanxi, donde se estableció una planta de helio a gran escala, que extrae helio de los residuos del procesamiento del gas natural. En la Cuenca Tarim, en el yacimiento de gas de Hetianhe, se encuentra el primer yacimiento supergigante rico en helio de China, con concentraciones constantes de grado comercial. Un avance importante incluye una instalación en Yan’an, Shaanxi, que produce helio ultra puro. Cuenta con una instalación operada por una empresa que utiliza un proceso criogénico de 4 etapas para refinar helio.

Canadá es un país clave en el mercado mundial del helio, con una producción comercial concentrada principalmente en el suroeste de la provincia Saskatchewan. Aspira a producir el 10% del helio mundial para 2030 a partir del helio presente en yacimientos de nitrógeno de bajas emisiones. Cuenta con el quinto mayor recurso de helio del mundo, estimado en 70 mil millones de pies cúbicos (BCF). La provincia representa aproximadamente el 1% del suministro mundial, con importantes operaciones de la empresa North American Helium y Helium Evolution en zonas como Battle Creek y Mankota. Aunque las operaciones se concentran en Saskatchewan, y la exploración se está expandiendo en Alberta. Actualmente, el helio producido se transporta por camión o ferrocarril, ya que no existen gasoductos especializados.

Más reciente, Canadá se ha consolidado como uno de los futuros productores de gas helio más importantes, gracias a la investigación realizada en la Isla Baffin por científicos dirigidos por Forrest Horton, geoquímico del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI). Han descubierto que antiguos flujos de lava de esta isla, una enorme masa continental en el archipiélago ártico canadiense, contienen las proporciones más altas de helio-3 (3He) a helio-4 (4He), otro isótopo, jamás observadas en rocas volcánicas terrestres. Su descubrimiento arroja nueva luz sobre la región más profunda y misteriosa de nuestro planeta. Sugiere que el helio-3 del núcleo terrestre escapa hacia arriba a través del manto y finalmente erupciona en la superficie como parte de los flujos de lava. Las investigaciones de la Isla Baffin indican que las pequeñas cantidades de helio-3 y otros elementos que se filtran del núcleo podrían incorporarse a las estructuras de las columnas del manto subterráneo. Dichas columnas dan forma a algunos de los puntos calientes volcánicos más espectaculares de la Tierra, como los de las actuales Hawái e Islandia.

En resumen, todos los países son importantes, siendo Qatar y Argelia productores estables, mientras que Rusia tiene potencial para un suministro masivo en el futuro, si sus proyectos siberianos alcanzan su madurez. Sin embargo, interrupciones como la falta de mantenimiento en Qatar y los incendios y sanciones rusos son responsables de una importante escasez mundial de helio.

En cuanto a los principales fabricantes, dos de ellos son:

1. Air Products and Chemicals Inc., con sede en Pensilvania, que ofrece helio líquido y comprimido con diversos niveles de pureza. Gracias a su amplia red de instalaciones de almacenamiento y transferencia, esta empresa opera en todo el mundo. Su principal línea de productos incluye gases atmosféricos, entre ellos el helio, y sus equipos relacionados, como las cabinas de licuefacción. Es una de las mayores empresas productoras de helio y su capitalización bursátil actual es de $64.12 millones.
2. Exxon Mobil Corporation, una de las mayores empresas productoras de helio, extrae gas natural y opera la planta de LaBarge en Wyoming. Es responsable del 20 % de la producción mundial de helio y cuenta con más de 80 años de suministro del mismo. También es el mayor productor de helio líquido y, al momento de redactar este artículo, su capitalización bursátil actual es de $433.67 mil millones.

Métodos de Extracción de Gas Helio

Aunque son complicadas y costosas las tecnologías de punta existentes para extraer el gas helio del gas natural, donde se encuentra en pequeñas cantidades, merecen una breve descripción. Dichos métodos que son sumamente importante para el éxito de esta industria del helio incluyen procesos criogénicos, adsorción, absorción por solventes, separación por membranas y adsorción por oscilación de presión (PSA). En la producción industrial de gas helio, el helio crudo generalmente se extrae mediante procesos criogénicos y se purifica mediante PSA. Las plantas portátiles de extracción de helio utilizan destilación criogénica y también PSA para recuperar helio del gas natural. Posteriormente, el helio se almacena y transporta en tanques portátiles. Se ha investigado el uso de la exergía a alta presión del gas de gasoducto para la licuefacción de gas natural, así como el sistema de recuperación de helio integrado en el proceso de GNL.

Se han introducido dos procesos integrados de extracción criogénica de helio del gas natural. Se estudia la eficiencia de recuperación de helio, el consumo de energía por helio extraído y los análisis de energía y exergía de los procesos propuestos. Las curvas compuestas de los intercambiadores de calor multicorriente muestran que el diseño térmico de los procesos se ha realizado con buena eficiencia. Los resultados muestran que la eficiencia de los procesos integrados es mayor que la del método flash. La eficiencia de los procesos móviles integrados modificados de Linde y Exxon es del 96% y 95%, respectivamente, siendo el rendimiento del proceso Linde modificado superior al del proceso móvil Exxon modificado. Los análisis exergéticos muestran que las válvulas tienen una mayor destrucción de exergía en comparación con otros equipos. Además, los enfriadores de aire presentan una baja pérdida de exergía y una alta eficiencia energética.

Conclusiones

Es fundamental descubrir futuras fuentes de helio, ya que no se puede fabricar, se forma de forma natural a partir de la desintegración radiactiva subterránea, no se puede producir sintéticamente de forma económica y, al entrar a la atmósfera, escapa a la gravedad terrestre hacia el espacio y se pierde permanentemente.

Es irremplazable en muchas aplicaciones de alta tecnología, finito y no renovable en escalas temporales humanas, y estratégicamente importante para la medicina, la defensa y a la tecnología avanzada. Sobre todo, su valor aumenta a medida que aumenta la demanda.

Los descubrimientos realizados en los flujos de lava de la isla canadiense de Baffin, por científicos del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI), han despertado un enorme interés en el helio como futura fuente de energía. Si se encuentra en cantidades suficientes, podría reemplazar a los combustibles fósiles como principal fuente de energía en el futuro.

Bibliografia Seleccionada

Pacheco N., and Ali, S., 2007, Helium Resources of the United States; U.S. Department of the Interior Bureau of Land Management, Technical Note 429

Alton A. Brown, A., 2010, Formation of High Helium Gases: A Guide for Explorationists; Search and Discovery Article #80115, AAPG Convention, New Orleans, Louisiana.

Smith, D.M.et al., 2015, Challengers to the worldwide supply of helium in the next decade;

 Air Products and Chemicals, Inc. Allentown, PA.

Peterson, J. B., 2021, Helium;   U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 

Yang Y., et al. 2024, A comprehensive review of helium geology; Elsevier Gas Science and Engineering, v. 130

He, Y. et al., 2024, Simulation and Economic Analysis of Helium Extraction Process

From Natural Gas; Journal Processes v.12, pp. 1892.