O hélio é utilizado em diversos em diversos cenários, como em internet de alta velocidade, TV a cabo, discos rígidos de computadores, microscópios, airbags em carros, celulares, computadores e até reatores nucleares. Mas o uso mais comum do hélio é em equipamentos de ressonância magnética. Na sua forma líquida, o hélio pode chegar a temperatura de -269 gaus celsius negativos, ou 4 Kelvin.

O que é o gás hélio?

O gás hélio é o segundo elemento mais abundante no universo, depois do hidrogênio, mas é considerado o único elemento não renovável na Terra – é tão leve que pode facilmente escapar da atração gravitacional da Terra para o espaço sideral.

O hélio que surge naturalmente na Terra leva milhares de anos para ser produzido, à medida que elementos, como o urânio e o tório, decaem nas profundezas da Terra. O hélio sobe e fica preso em bolsas de gás natural, que é perfurado e processado como subproduto da produção de gás natural. Aproximadamente 99% do hélio produzido na Terra é o resultado da decomposição alfa de depósitos subterrâneos de minerais contendo urânio ou tório.

A grande maioria da produção mundial de hélio provém de poços de gás natural nos Estados Unidos, com 2,6 mil milhões de pés cúbicos em 2022, e na QatarGas, com 2,1 mil milhões de pés cúbicos. Grande parte do restante vem da Sonatrach na Argélia, Rússia, Austrália e Canadá.

O custo do hélio

Em 2020, o preço oficial estimado do hélio grau A nos EUA era de US$ 350 por mil pés cúbicos (MCF) – equivalente à 37,5 Litros. Em 2023, esse valor aumentou para US$ 500 por mil pés cúbicos. No entanto, vale salientar que existem perdas significativas de hélio durante as cadeias de transporte e armazenamento, e que estes valores se referem aos praticados diretamente na fonte, como commodities, e por isso o hélio chega com um custo muito superior no uso final. No Brasil, por exemplo, vemos valores do litro de hélio no ano de 2023 na faixa de R$370 / L, o que significa que uma recarga de 20% de um magneto de 1500L com um dewar (tanque de armazenamento especializado para criogenia) de 275L custaria R$101.750.

A principal razão para a volatilidade nos preços do hélio é a vulnerabilidade da cadeia de abastecimento: dois países produzem mais de 85% do abastecimento mundial.

As preocupações com o fornecimento fizeram com que o hélio fosse listado como um mineral crítico no Canadá e na Austrália, enquanto a União Europeia estuda adicioná-lo. Os EUA retiraram o hélio da sua lista de minerais críticos em 2021, mas isto pode mudar, uma vez que o Serviço Geológico dos EUA estuda sobre o risco de fornecimento de hélio. Uma das razões é que as reservas e a produção dos EUA caíram drasticamente nos últimos anos.

Como e por quê o hélio é utilizao nos equipamentos de ressonância magnética?

A força do campo magnético dos magnetos é medida em Tesla. Os primeiros equipamentos de ressonância magnética eram conhecidos como sistemas de baixo campo e operavam com campos magnéticos na faixa de 0.2 até 0.625 Tesla. Esses sistemas desempenharam um papel crucial no desenvolvimento e popularização da RM como ferramenta de diagnóstico, e funcinavam como um guindaste eletromagnético – consumiam muita energia para gerar o campo toda vez que um exame era realizado.

O imã da ressonância magnética, mais conhecido no mercado como magneto, gera um campo magnético extremamente forte que alinha os spins dos prótons de moléculas específicas no nosso corpo, mais comumente as moléculas de água (H2O), já que temos em abundância na grande maioria dos tecidos humanos. Uma vez que os prótons estão alinhados, pulsos de radiofrequência são aplicados para perturba-los. Quando estes pulsos são desligados, os prótons retornam ao alinhamento original, emitidino sinais no processo.

Estes sinais são captados por bobinas do equipamento e convertidos em imagens detalhadas do interior do corpo através de uma complexa série de cálculos, tendo com protagonista o teorema da transformada inversa de Fourier. Sendo assim, a qualiade da imagem dos exames de equipamentos de ressonância magnética não dependem só da força do magneto e nem do número de canais das bobinas, mas também da força do gerador de pulsos de radiofrequência e da qualidade do sinal captado pelas bobinas. Bobinas 100% digitais, por exemplo, tem a capacidade de gerar um sinal com muito menos ruídos do que bobinas tradicionais, oferecendo uma qualidade de imagem superior e um exame mais rápido. A Philips é a única no mercado hoje a deter a tecnologia de bobinas 100% digitais em todo seu portfólio de soluções.

No entanto, para manter este enorme volume de hélio em estado líquido é necessário um conjunto de equipamentos para mantê-lo estável. A Coldhead, por exemplo, é um componente responsável por pressurizar o hélio em estado líquido constantemente, enquanto o chiller auxilia no resfriamento da Coldhead e outras partes do equipamento. Se a temperatura do hélio subir, ele voltará ao estado gasoso e gerará uma enorme pressão positiva no magneto, e por isso existem medidas de segurança para despressurizar o magneto caso o hélio entre no estado gasoso, evento que chamamos de quench.

Os quenchs podem ocorrer em diversos cenários, como durante a troca e manutenção das Coldheads, recarga de hélio, instabilidades na rede elétrica, etc. Além disso, em eventos onde é necessário abaixar o campo magnético abruptamente, como acidentes com material preso no equipamento ou em pessoas, existe um botão de emergência para expurgar o hélio através de um tubo quench (um tubo especial que aponta para fora do prédio) e abaixar o campo magnético instantaneamente, visto que, sem hélio líquido, a temperatura do magneto sobe e ele perde as propriedades supercondutivas, gerando resistência e dissipando a corrente que estava circulando livremente nele. Para se ter ideia, o campo magnético da terra é de 30 a 60 microteslas (μT) em sua superfície, enquanto um equipamento de 1.5T é cerca de 25.000 a 50.000 vezes mais forte. Toda essa força faz com que objetos metálicos, ao se aproximarem do equipamento, sejam sugados com imensa energia, podendo causar acidentes graves e riscos à saúde dos pacientes ou operadores.

Quais são as chances de ocorrer um quench?

Como mencionado anteriormente, os quenchs podem ocorrer de forma espontânea, como durante manutenções de coldhead ou recargas de hélio, ou induzido, como diante de um acidente com material preso. Estudos conduzidos pela Marketech apontam que 65% dos usuários de equipamentos de ressonância magnética observaram um quench nos últimos 10 anos e 60% observaram um quench induzido por conta de um material preso nos últimos 3 anos. Os custos decorrentes de um quench vão além da recarga do hélio, que é no mínimo de R$100.000, mas também do tempo que o equipamento fica inoperante – aguardando engenheiros se deslocarem até o local para realizar o ramp-up (levantamento de campo) – o tempo para a recarga de hélio chegar ao equipamento, a perda de receita com a interrupção de exames e o prejuízo na credibilidade do estabelecimento, que terá de remarcar dezenas de exames. O tempo médio estimado de máquina parada pode variar entre 10 a 30 dias, a depender da localização do equipamento e disponibilidade de hélio no mercado.