銀河系第二多的物質，中國卻95%靠進口：如何不被卡脖子？
點擊： 作者：正解局 來源：正商參考 微信號 發布時間:2021-03-06 10:21:21
氦氣越來越金貴，不少國家早早打起了氦氣的主意，試圖打破美國的壟斷。
最近，有讀者在后臺留言，問有沒有靠譜的渠道直接進口氦氣，還有人在尋找投資氦氣的機會。
氦氣之所以引發關注，是因為過去三四年里價格翻了一倍。
今天，我們就來聊聊被稱為“黃金氣體”的氦氣。
01
用途廣泛，不可替代
氦（Helium，He）在元素周期表里排第二，是第一個惰性氣體元素，是僅次于氫氣最輕的氣體。
根據初中化學的知識，不少人都知道，要是拿氦氣充氣球，那可比容易爆炸的氫氣安全多了。
2分子的氦元素示意圖
充個氣球，對氦氣來說，簡直是大材小用。
氦氣還有哪些更重要的用途呢？
第一，超導環境。
很多高精尖設備需要極大的電流，比如對撞機部分組件需要的電流高達1.2萬安培（220V下，一匹空調的工作電流一般是3-4安培）。
在這么大的電流下，電線發熱會很嚴重，必須使用超導體。
而超導體目前只能在超低溫下才具有超導特性，所以電線必須泡在液氦中。
因為液氦沸點為零下268.95度（4.125K），是人類能制造的最低溫度。
可能有人說，世界上對撞機的數量太少了，一般人用不著。
那咱就說點一般人用得上的。
現在，去醫院做個核磁已經是常規檢測手段，MRI磁共振醫學掃描儀中需要很強的磁體。
這塊磁體是電磁體電流越大，磁場越強。
電流越大，放熱也越嚴重，還是需要超導體，那就依然離不開液氦。
醫用核磁共振儀
第二，深潛作業。
深潛要背氧氣瓶，氧氣瓶里不是純氧，氧氣含量超過40%，就會造成中樞神經系統氧中毒；壓縮空氣也不行，因為水下氣壓大，空氣中的氮氣大量融入血液，造成氮麻醉。
這時候就需要氦氣了。
氦氣在血液中的溶解度極低，很快就達到飽和，只要壓力不變（一般就是水深不變），時間再久，血液里的氣體含量也不會改變，能夠保護深潛人員長時間作業。
第三，航空航天。
正如汽車好壞看發動機一樣，火箭的好壞也看發動機。
無論液氧煤油發動機還是液氫液氧發動機，輸送燃料和氧化劑的系統都離不開氦。
液體發動機是火箭的核心部件，增壓系統是關鍵技術。
在換熱器中氦氣升溫到400多度，壓力大增后輸送回燃料和氧化劑的存儲箱，為其增壓。
增壓后的燃料和氧化劑進入渦輪泵，在每分鐘1.2萬的轉速下，泵入燃燒室，噴出完美的霧化液滴，進行充分燃燒，產生巨大推力。
RD-180火箭發動機管路圖，He代表氦
第四，高端加工。
做芯片需要單晶硅。
單晶硅是指在晶體結構上沒有錯位的“完美的”硅晶體。
制作時，先把高純多晶硅放在石英坩堝中，外面用圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，保證溫度維持在1400度左右。
這么高的溫度，容易發生各種化學反應，這就需要氦氣來保護了。
當然，氦氣的用途還遠不止這些，比如管道泄漏檢查、高端檢測設備載氣、金屬焊接保護氣等領域還都用得到。
很多人覺得，氦氣離我們很遠，其實就在我們身邊。
很多電子元器件中都有敏感介質，都是需要保護氣的，有些大存儲硬盤里都填充著氦氣。
千萬不要小瞧了氦氣，要是沒了它，很多行業都玩不轉。
02
資源稀缺，供應短缺
雖然放眼整個宇宙，氦是僅次于氫的元素，而且比第三位的氧多很多很多很多……但在地球上，氦的資源非常稀缺。
銀河系中最豐富的十種元素
氦氣非常輕，地球的引力抓不住，地球形成之初那些氦氣早就跑到宇宙中去了。
地球上現在的氦氣，都是由地殼中的放射性元素，經過自然的α衰變產生的，非常稀少，且不可再生。
在氦氣資源上，美國的運氣是真的好。
1903年，美國堪薩斯州一座大型油氣田開采出一種點不著的天然氣。
科學家發現，原來是因為這里面有氦氣。
直到今天，以含有氦氣的天然氣為原料，經過多次液化分餾，然后用活性炭吸附提純，依舊是工業上制造純氦氣的主要方法。
美國就此長期掌握了全球幾乎所有的氦氣資源。
那時沒有超導，沒有火箭，沒有高端制造，美國的氦氣完全以軍事用途為目的。
在現代航空發展的初期，有一段飛艇時代，最早的飛艇使用氫氣，后來使用更為安全的氦氣。
1921年美國制造的人類第一艘氦氣飛艇
當時美國剛打贏一戰，正有著制霸全球的野望，于是開足馬力瘋狂制造氦氣，準備靠飛艇的空中打擊稱霸。
沒想到飛機技術迎頭趕上，把飛艇完全淘汰掉，美國儲存的氦氣一下子失去軍事用途，只能作為一般的惰性保護氣體使用。
好在隨著科技發展，越來越多的領域開始意識到氦氣的特性，加以善用，美國的氦氣這才找到銷路。
1960年美國修改了氦氣法案，鼓勵私人天然氣礦擁有者自行從天然氣中提取氦氣，并強制要求對于那些氦氣豐度達到工業利用指標的氣田，油氣公司必須回收氦氣。
所有的氦氣只能賣給國家，實施敞開收購。
市場無法消化的部分，美國政府收購后直接注入克利夫賽德氣田（CliffsideGas Field），作為戰略物資儲備。
克利夫賽德氣田（攝于60年代）
但因為之前儲存的太多，又有更多新生產的氦氣補充進來，氦氣一直是以“清倉甩賣”的方式賤賣。
這就導致很多地方明明在天然氣井中發現氦氣，但開采成本仍然太高，不少國家的氦氣項目就這么白白放棄了。
2018年前后，美國氦氣庫存清倉完畢，國際氦氣價格應聲而漲。
到今天，價格已經是從前的四倍多。
美國Matheson生產的液氮40美元100升，液氦則要1000美元100升，而且還在持續上漲。
氦氣越來越金貴，不少國家早早打起了氦氣的主意，試圖打破美國的壟斷。
天然氣資源豐富的北非和中東地區目前已經是氦氣的出口大國，卡塔爾已經是世界第二大氦氣生產國，產能可以滿足全球四分之一的需求。
此外，阿爾及利亞、澳大利亞、波蘭、俄羅斯也都占有一定份額。
當然，美國依然是全球最大的氦氣生產國，產能占比將近六成。
雖然老儲井資源枯竭，氦氣開采有所下降，但由于技術成熟，所以美國氦氣一直是中國進口氦氣的主要來源。
全球氦氣產量分布
中國號稱地大物博，但在氦氣資源方面是個十足的窮國，資源占比僅有2%。我國每年的氦氣需求高達4000多噸，95%以上都要進口。
2019年，中美貿易戰。氦氣關稅從5.5%提高到10.5%，中國只能加大在卡塔爾的氦氣采購。
氦氣價格波動，影響到日本的貨源，高端制造大受打擊。
東芝的閃存、索尼的CMOS形象傳感器等，原本都是日本打算增產的半導體產品，但受限于氦氣供應，只能減產。
03
開源節流，擺脫窘境
中美關系近幾年持續緊張，中國也調整了氦氣的進口來源。
現在中國進口的氦氣有六成來自卡塔爾，四分之一來自美國，還有一成來自澳大利亞。
這個進口結構仍舊存在很大風險，容易被“卡脖子”。
中國氦氣進口來源地
首先，從卡塔爾進口氦氣的價格比美國還貴，比如2019年卡塔爾氦氣的進口價為53到60美元一公斤，而美國的進口價則只有47到56美元一公斤。
其次，卡塔爾資源確實豐富，但沒有自主的技術，嚴重依賴美國。
再次，美國跟澳大利亞從來穿一條褲子，兩國聯手就能控制我國超過三分之一的氦氣，形勢不容樂觀。
第四，卡塔爾位于中東，政治風險一直存在，比如2017年，卡塔爾就搞出個外交危機，被周圍的阿拉伯國家封鎖，氦氣運輸受阻。
中國要想自己安全，就得開源節流，保障氦氣的供應。
短期來看，氦氣仍舊依賴進口，可以在貿易端想想辦法。
去年，廣鋼氣體公司收購全球特種氣體大佬林德集團剝離出的氦氣業務，每年能供應約425噸氦氣。
光開源還不夠，因為氦氣畢竟是不可再生資源，還得節流。
節流沒啥好辦法，能用其他氣體替代的，那就替代；不能替代的，就只能開發新技術。
比如醫療方面，飛利浦最新研制的無液氦007核磁共振儀，就把7升液氦一次性封裝，排除氦氣散失的可能，使用中再也無需添加液氦；工業生產中，消耗掉的氦氣可以用加裝的回收系統進行循環利用。
光纖制造的氦氣循環專利
長期來看，還得靠自己。
去年，中國在寧夏鹽池縣開設了首座大型氦氣廠，實現了零的突破。
這座氦氣工廠的產能還比較小，年產量只有20噸，但好在造價低，適合推廣。
另外，中國在渭北盆地的水溶氣田和柴達木盆地、塔里木盆地的部分天然氣田中也發現了有工業價值的富氦天然氣，因為儲量和技術的問題，目前還在評估階段。
所以，儲量是一方面，開采技術的提高則是另一不可忽略的方面。
寧夏鹽池縣的氦氣提取廠
當然，有人在想，中國這么大，沒準兒哪天突然發現個富氦天然氣田，就能把氦氣嚴重依賴進口的問題一次性解決。
這種可能性不是沒有。
無論如何，還是要未雨綢繆，否則，萬一被斷供，就麻煩了。
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