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銀河系第二多的物質(zhì)，中國(guó)卻95%靠進(jìn)口：如何不被卡脖子？

點(diǎn)擊：3981  作者：正解局    來(lái)源：正商參考 微信號(hào)  發(fā)布時(shí)間:2021-03-06 10:21:21

 

氦氣越來(lái)越金貴，不少?lài)?guó)家早早打起了氦氣的主意，試圖打破美國(guó)的壟斷。

 

最近，有讀者在后臺(tái)留言，問(wèn)有沒(méi)有靠譜的渠道直接進(jìn)口氦氣，還有人在尋找投資氦氣的機(jī)會(huì)。

 

氦氣之所以引發(fā)關(guān)注，是因?yàn)?b>過(guò)去三四年里價(jià)格翻了一倍。

 

今天，我們就來(lái)聊聊被稱(chēng)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(gè)惰性氣體元素，是僅次于氫氣最輕的氣體。

 

根據(jù)初中化學(xué)的知識(shí)，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(gè)氣球，對(duì)氦氣來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是大材小用。

 

氦氣還有哪些更重要的用途呢？

 

第一，超導(dǎo)環(huán)境。

 

很多高精尖設(shè)備需要極大的電流，比如對(duì)撞機(jī)部分組件需要的電流高達(dá)1.2萬(wàn)安培（220V下，一匹空調(diào)的工作電流一般是3-4安培）。

 

在這么大的電流下，電線發(fā)熱會(huì)很?chē)?yán)重，必須使用超導(dǎo)體。

 

而超導(dǎo)體目前只能在超低溫下才具有超導(dǎo)特性，所以電線必須泡在液氦中。

 

因?yàn)橐汉し悬c(diǎn)為零下268.95度（4.125K），是人類(lèi)能制造的最低溫度。

 

可能有人說(shuō)，世界上對(duì)撞機(jī)的數(shù)量太少了，一般人用不著。

 

那咱就說(shuō)點(diǎn)一般人用得上的。

 

現(xiàn)在，去醫(yī)院做個(gè)核磁已經(jīng)是常規(guī)檢測(cè)手段，MRI磁共振醫(yī)學(xué)掃描儀中需要很強(qiáng)的磁體。

 

這塊磁體是電磁體電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。

 

電流越大，放熱也越嚴(yán)重，還是需要超導(dǎo)體，那就依然離不開(kāi)液氦。

 

 

醫(yī)用核磁共振儀

 

第二，深潛作業(yè)。

 

深潛要背氧氣瓶，氧氣瓶里不是純氧，氧氣含量超過(guò)40%，就會(huì)造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)氧中毒；壓縮空氣也不行，因?yàn)樗職鈮捍螅諝庵械牡獨(dú)獯罅咳谌胙海斐傻樽怼?span lang="EN-US">

 

這時(shí)候就需要氦氣了。

 

氦氣在血液中的溶解度極低，很快就達(dá)到飽和，只要壓力不變（一般就是水深不變），時(shí)間再久，血液里的氣體含量也不會(huì)改變，能夠保護(hù)深潛人員長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。

 

第三，航空航天。

 

正如汽車(chē)好壞看發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，火箭的好壞也看發(fā)動(dòng)機(jī)。

 

無(wú)論液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)還是液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，輸送燃料和氧化劑的系統(tǒng)都離不開(kāi)氦。

 

液體發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭的核心部件，增壓系統(tǒng)是關(guān)鍵技術(shù)。

 

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(chǔ)箱，為其增壓。

 

增壓后的燃料和氧化劑進(jìn)入渦輪泵，在每分鐘1.2萬(wàn)的轉(zhuǎn)速下，泵入燃燒室，噴出完美的霧化液滴，進(jìn)行充分燃燒，產(chǎn)生巨大推力。

 

 

RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)構(gòu)上沒(méi)有錯(cuò)位的“完美的”硅晶體。

 

制作時(shí)，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(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，這就需要氦氣來(lái)保護(hù)了。

 

當(dāng)然，氦氣的用途還遠(yuǎn)不止這些，比如管道泄漏檢查、高端檢測(cè)設(shè)備載氣、金屬焊接保護(hù)氣等領(lǐng)域還都用得到。

 

很多人覺(jué)得，氦氣離我們很遠(yuǎn)，其實(shí)就在我們身邊。

 

很多電子元器件中都有敏感介質(zhì)，都是需要保護(hù)氣的，有些大存儲(chǔ)硬盤(pán)里都填充著氦氣。

 

千萬(wàn)不要小瞧了氦氣，要是沒(méi)了它，很多行業(yè)都玩不轉(zhuǎn)。

 

02

資源稀缺，供應(yīng)短缺

 

雖然放眼整個(gè)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(xiàn)在的氦氣，都是由地殼中的放射性元素，經(jīng)過(guò)自然的α衰變產(chǎn)生的，非常稀少，且不可再生。

 

在氦氣資源上，美國(guó)的運(yùn)氣是真的好。

 

1903年，美國(guó)堪薩斯州一座大型油氣田開(kāi)采出一種點(diǎn)不著的天然氣。

 

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是因?yàn)檫@里面有氦氣。

 

直到今天，以含有氦氣的天然氣為原料，經(jīng)過(guò)多次液化分餾，然后用活性炭吸附提純，依舊是工業(yè)上制造純氦氣的主要方法。

 

美國(guó)就此長(zhǎng)期掌握了全球幾乎所有的氦氣資源。

 

那時(shí)沒(méi)有超導(dǎo)，沒(méi)有火箭，沒(méi)有高端制造，美國(guó)的氦氣完全以軍事用途為目的。

 

在現(xiàn)代航空發(fā)展的初期，有一段飛艇時(shí)代，最早的飛艇使用氫氣，后來(lái)使用更為安全的氦氣。

 

 

1921年美國(guó)制造的人類(lèi)第一艘氦氣飛艇

 

當(dāng)時(shí)美國(guó)剛打贏一戰(zhàn)，正有著制霸全球的野望，于是開(kāi)足馬力瘋狂制造氦氣，準(zhǔn)備靠飛艇的空中打擊稱(chēng)霸。

 

沒(méi)想到飛機(jī)技術(shù)迎頭趕上，把飛艇完全淘汰掉，美國(guó)儲(chǔ)存的氦氣一下子失去軍事用途，只能作為一般的惰性保護(hù)氣體使用。

 

好在隨著科技發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)始意識(shí)到氦氣的特性，加以善用，美國(guó)的氦氣這才找到銷(xiāo)路。

 

1960年美國(guó)修改了氦氣法案，鼓勵(lì)私人天然氣礦擁有者自行從天然氣中提取氦氣，并強(qiáng)制要求對(duì)于那些氦氣豐度達(dá)到工業(yè)利用指標(biāo)的氣田，油氣公司必須回收氦氣。

 

所有的氦氣只能賣(mài)給國(guó)家，實(shí)施敞開(kāi)收購(gòu)。

 

市場(chǎng)無(wú)法消化的部分，美國(guó)政府收購(gòu)后直接注入克利夫賽德氣田（CliffsideGas Field），作為戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備。

 

 

克利夫賽德氣田（攝于60年代）

 

但因?yàn)橹皟?chǔ)存的太多，又有更多新生產(chǎn)的氦氣補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，氦氣一直是以“清倉(cāng)甩賣(mài)”的方式賤賣(mài)。

 

這就導(dǎo)致很多地方明明在天然氣井中發(fā)現(xiàn)氦氣，但開(kāi)采成本仍然太高，不少?lài)?guó)家的氦氣項(xiàng)目就這么白白放棄了。

 

2018年前后，美國(guó)氦氣庫(kù)存清倉(cāng)完畢，國(guó)際氦氣價(jià)格應(yīng)聲而漲。

 

到今天，價(jià)格已經(jīng)是從前的四倍多。

 

美國(guó)Matheson生產(chǎn)的液氮40美元100升，液氦則要1000美元100升，而且還在持續(xù)上漲。

 

氦氣越來(lái)越金貴，不少?lài)?guó)家早早打起了氦氣的主意，試圖打破美國(guó)的壟斷。

 

天然氣資源豐富的北非和中東地區(qū)目前已經(jīng)是氦氣的出口大國(guó)，卡塔爾已經(jīng)是世界第二大氦氣生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)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(dāng)然，美國(guó)依然是全球最大的氦氣生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)能占比將近六成。

 

雖然老儲(chǔ)井資源枯竭，氦氣開(kāi)采有所下降，但由于技術(shù)成熟，所以美國(guó)氦氣一直是中國(guó)進(jìn)口氦氣的主要來(lái)源。

 

 

全球氦氣產(chǎn)量分布

 

中國(guó)號(hào)稱(chēng)地大物博，但在氦氣資源方面是個(gè)十足的窮國(guó)，資源占比僅有2%。我國(guó)每年的氦氣需求高達(dá)4000多噸，95%以上都要進(jìn)口。

 

2019年，中美貿(mào)易戰(zhàn)。氦氣關(guān)稅從5.5%提高到10.5%，中國(guó)只能加大在卡塔爾的氦氣采購(gòu)。

 

氦氣價(jià)格波動(dòng)，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(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品，但受限于氦氣供應(yīng)，只能減產(chǎn)。

 

03

開(kāi)源節(jié)流，擺脫窘境

 

中美關(guān)系近幾年持續(xù)緊張，中國(guó)也調(diào)整了氦氣的進(jìn)口來(lái)源。

 

現(xiàn)在中國(guó)進(jìn)口的氦氣有六成來(lái)自卡塔爾，四分之一來(lái)自美國(guó)，還有一成來(lái)自澳大利亞。

 

這個(gè)進(jìn)口結(jié)構(gòu)仍舊存在很大風(fēng)險(xiǎn)，容易被“卡脖子”。

 

 

中國(guó)氦氣進(jìn)口來(lái)源地

 

首先，從卡塔爾進(jìn)口氦氣的價(jià)格比美國(guó)還貴，比如2019年卡塔爾氦氣的進(jìn)口價(jià)為53到60美元一公斤，而美國(guó)的進(jìn)口價(jià)則只有47到56美元一公斤。

 

其次，卡塔爾資源確實(shí)豐富，但沒(méi)有自主的技術(shù)，嚴(yán)重依賴(lài)美國(guó)。

 

再次，美國(guó)跟澳大利亞從來(lái)穿一條褲子，兩國(guó)聯(lián)手就能控制我國(guó)超過(guò)三分之一的氦氣，形勢(shì)不容樂(lè)觀。

 

第四，卡塔爾位于中東，政治風(fēng)險(xiǎn)一直存在，比如2017年，卡塔爾就搞出個(gè)外交危機(jī)，被周?chē)陌⒗畤?guó)家封鎖，氦氣運(yùn)輸受阻。

 

中國(guó)要想自己安全，就得開(kāi)源節(jié)流，保障氦氣的供應(yīng)。

 

短期來(lái)看，氦氣仍舊依賴(lài)進(jìn)口，可以在貿(mào)易端想想辦法。

 

去年，廣鋼氣體公司收購(gòu)全球特種氣體大佬林德集團(tuán)剝離出的氦氣業(yè)務(wù)，每年能供應(yīng)約425噸氦氣。

 

光開(kāi)源還不夠，因?yàn)楹猱吘故遣豢稍偕Y源，還得節(jié)流。

 

節(jié)流沒(méi)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(kāi)發(fā)新技術(shù)。

 

比如醫(yī)療方面，飛利浦最新研制的無(wú)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(wú)需添加液氦；工業(yè)生產(chǎn)中，消耗掉的氦氣可以用加裝的回收系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。

 

 

光纖制造的氦氣循環(huán)專(zhuān)利

 

長(zhǎng)期來(lái)看，還得靠自己。

 

去年，中國(guó)在寧夏鹽池縣開(kāi)設(shè)了首座大型氦氣廠，實(shí)現(xiàn)了零的突破。

 

這座氦氣工廠的產(chǎn)能還比較小，年產(chǎn)量只有20噸，但好在造價(jià)低，適合推廣。

 

另外，中國(guó)在渭北盆地的水溶氣田和柴達(dá)木盆地、塔里木盆地的部分天然氣田中也發(fā)現(xiàn)了有工業(yè)價(jià)值的富氦天然氣，因?yàn)閮?chǔ)量和技術(shù)的問(wèn)題，目前還在評(píng)估階段。

 

所以，儲(chǔ)量是一方面，開(kāi)采技術(shù)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(dāng)然，有人在想，中國(guó)這么大，沒(méi)準(zhǔn)兒哪天突然發(fā)現(xiàn)個(gè)富氦天然氣田，就能把氦氣嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口的問(wèn)題一次性解決。

 

這種可能性不是沒(méi)有。

 

無(wú)論如何，還是要未雨綢繆，否則，萬(wàn)一被斷供，就麻煩了。

 

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