最も安価な不活性ガスは何ですか？アルゴンは真の不活性性において費用対効果の高い選択肢です

かなりの差で、最も安価で最も一般的に使用されている真の不活性ガスはアルゴン（Ar）です。その低コストは、地球の大気中での相対的な豊富さの直接的な結果であり、他の希ガスと比較して生産が簡単で経済的です。

アルゴンの費用対効果の核心的な理由は、その固有の特性ではなく、その供給源にあります。私たちが呼吸する空気の約1%を占めているため、酸素や窒素を生産するために空気を分離する大規模な工業プロセスにおける副産物として効率的に回収できます。

なぜアルゴンがコスト面で優位なのか

工業ガスの価格は、その入手可能性と抽出プロセスの複雑さに根本的に結びついています。アルゴンは、この両面で自然な優位性を持っています。

アルゴンは、大気中で3番目に豊富なガスであり、約0.93%を占めています。これは少量に聞こえますが、他のどの希ガスよりもはるかに豊富です。

この大気中の豊富さは、アルゴン生産の原材料が無料で普遍的に入手可能であることを意味します。

アルゴンは、液体空気の分留によって商業的に生産されます。これは、工業用および医療用に大量の液体窒素と酸素を生産するのと同じプロセスです。

空気分離プラントのインフラがすでに世界規模で存在するため、アルゴンは本質的に経済的な副産物です。主なコストはエネルギーであり、希少な材料の調達ではありません。

他の希ガスのコストは、その極端な希少性のために急騰します。例えばヘリウムは、主に天然ガス鉱床から抽出され、有限な資源です。ネオン、クリプトン、キセノンは、大気中にわずかppmレベルでしか存在せず、その抽出ははるかにエネルギー集約的で高価になります。

アルゴンは最も安価な希ガスですが、その不活性特性のためにしばしば使用され、さらに安価な窒素（N₂）を考慮することが重要です。

窒素は大気の78%を占めており、アルゴンと同じ空気分離プロセスによって非常に安価に生産できます。酸素を置換するだけでよく、ガスが真に非反応性である必要がない用途であれば、窒素が最も経済的な選択肢です。

重要な違いは、アルゴンが希ガスであり、事実上あらゆる条件下で化学的に不活性であることです。その最外殻電子は満たされているため、他の元素と反応したがらないのです。

しかし、窒素は希ガスではありません。標準温度では比較的非反応性ですが、高温高圧の条件下では特定の材料と反応し、窒化物と呼ばれる化合物を形成する可能性があります。これは、チタン、マグネシウム、または特定のステンレス鋼の溶接などのプロセスでは有害となる可能性があります。

不活性ガスの選択は、価格だけでなく、ガスの特性を用途の技術的要件に合わせることが重要です。

多くのMIG溶接およびTIG溶接用途では、安価な窒素よりもアルゴンが好まれます。アルゴンは、非常に安定したアーク、優れた洗浄作用を提供し、アルミニウム、鋼、チタンなどの金属に高品質でより精密な溶接ビードを生成します。

アルゴンは空気よりもかなり密度が高いです。これにより、ヘリウムのような軽いガスと比較して、より低い流量で溶融池を大気汚染から効果的にシールドできます。

高価ではありますが、ヘリウムが必要とされることもあります。その高い熱伝導率は、より高温で流動性の高い溶融池を作り出し、アルミニウムや銅のような導電性の高い金属の厚い部分を溶接するのに不可欠です。多くの場合、コストと性能のバランスを取るために、より高価なアルゴン/ヘリウム混合ガスが使用されます。

最終的な決定は、予算と、成功した結果に必要な特定の化学的および物理的特性とのバランスを取る必要があります。

一般的な不活性化のために絶対的な最低コストを最優先する場合：窒素は、材料と反応しない限り、タンクのパージやブランケットなどの用途に最も経済的な選択肢です。
溶接やデリケートなプロセスにおいて、費用対効果が高く真に非反応性のガスを最優先する場合：アルゴンは業界標準であり、希ガスの中で最も安価です。
高い熱伝導率や低い密度などの特殊な技術的要件を最優先する場合：コストを超えて、ヘリウムのようなガスを検討する必要があります。そこでは性能がより高い価格を正当化します。

最終的には、各ガスの基本的な特性を理解することが、特定の目標に対して最も効果的なソリューションを選択するための鍵となります。

ガス	相対コスト	主要特性	最適な使用例
アルゴン (Ar)	低	真に不活性（希ガス）	高品質溶接、デリケートなプロセス
窒素 (N₂)	非常に低	比較的非反応性	一般的な不活性化、タンクパージ（非反応性材料）
ヘリウム (He)	高	高い熱伝導率	厚い導電性金属の溶接（例：アルミニウム）