银河系第二多的物质，中国却95%靠进口：如何不被卡脖子？

点击：  作者：正解局    来源：正商参考 微信号  发布时间:2021-03-06 10:21:21

 

氦气越来越金贵，不少国家早早打起了氦气的主意，试图打破美国的垄断。

 

最近，有读者在后台留言，问有没有靠谱的渠道直接进口氦气，还有人在寻找投资氦气的机会。

 

氦气之所以引发关注，是因为过去三四年里价格翻了一倍。

 

今天，我们就来聊聊被称为“黄金气体”的氦气。

 

01

用途广泛，不可替代

 

氦（Helium，He）在元素周期表里排第二，是第一个惰性气体元素，是仅次于氢气最轻的气体。

 

根据初中化学的知识，不少人都知道，要是拿氦气充气球，那可比容易爆炸的氢气安全多了。

 

 

2分子的氦元素示意图

 

充个气球，对氦气来说，简直是大材小用。

 

氦气还有哪些更重要的用途呢？

 

第一，超导环境。

 

很多高精尖设备需要极大的电流，比如对撞机部分组件需要的电流高达1.2万安培（220V下，一匹空调的工作电流一般是3-4安培）。

 

在这么大的电流下，电线发热会很严重，必须使用超导体。

 

而超导体目前只能在超低温下才具有超导特性，所以电线必须泡在液氦中。

 

因为液氦沸点为零下268.95度（4.125K），是人类能制造的最低温度。

 

可能有人说，世界上对撞机的数量太少了，一般人用不着。

 

那咱就说点一般人用得上的。

 

现在，去医院做个核磁已经是常规检测手段，MRI磁共振医学扫描仪中需要很强的磁体。

 

这块磁体是电磁体电流越大，磁场越强。

 

电流越大，放热也越严重，还是需要超导体，那就依然离不开液氦。

 

 

医用核磁共振仪

 

第二，深潜作业。

 

深潜要背氧气瓶，氧气瓶里不是纯氧，氧气含量超过40%，就会造成中枢神经系统氧中毒；压缩空气也不行，因为水下气压大，空气中的氮气大量融入血液，造成氮麻醉。

 

这时候就需要氦气了。

 

氦气在血液中的溶解度极低，很快就达到饱和，只要压力不变（一般就是水深不变），时间再久，血液里的气体含量也不会改变，能够保护深潜人员长时间作业。

 

第三，航空航天。

 

正如汽车好坏看发动机一样，火箭的好坏也看发动机。

 

无论液氧煤油发动机还是液氢液氧发动机，输送燃料和氧化剂的系统都离不开氦。

 

液体发动机是火箭的核心部件，增压系统是关键技术。

 

在换热器中氦气升温到400多度，压力大增后输送回燃料和氧化剂的存储箱，为其增压。

 

增压后的燃料和氧化剂进入涡轮泵，在每分钟1.2万的转速下，泵入燃烧室，喷出完美的雾化液滴，进行充分燃烧，产生巨大推力。

 

 

RD-180火箭发动机管路图，He代表氦

 

第四，高端加工。

 

做芯片需要单晶硅。

 

单晶硅是指在晶体结构上没有错位的“完美的”硅晶体。

 

制作时，先把高纯多晶硅放在石英坩埚中，外面用围绕着的石墨加热器不断加热，保证温度维持在1400度左右。

 

这么高的温度，容易发生各种化学反应，这就需要氦气来保护了。

 

当然，氦气的用途还远不止这些，比如管道泄漏检查、高端检测设备载气、金属焊接保护气等领域还都用得到。

 

很多人觉得，氦气离我们很远，其实就在我们身边。

 

很多电子元器件中都有敏感介质，都是需要保护气的，有些大存储硬盘里都填充着氦气。

 

千万不要小瞧了氦气，要是没了它，很多行业都玩不转。

 

02

资源稀缺，供应短缺

 

虽然放眼整个宇宙，氦是仅次于氢的元素，而且比第三位的氧多很多很多很多……但在地球上，氦的资源非常稀缺。

 

 

银河系中最丰富的十种元素

 

氦气非常轻，地球的引力抓不住，地球形成之初那些氦气早就跑到宇宙中去了。

 

地球上现在的氦气，都是由地壳中的放射性元素，经过自然的α衰变产生的，非常稀少，且不可再生。

 

在氦气资源上，美国的运气是真的好。

 

1903年，美国堪萨斯州一座大型油气田开采出一种点不着的天然气。

 

科学家发现，原来是因为这里面有氦气。

 

直到今天，以含有氦气的天然气为原料，经过多次液化分馏，然后用活性炭吸附提纯，依旧是工业上制造纯氦气的主要方法。

 

美国就此长期掌握了全球几乎所有的氦气资源。

 

那时没有超导，没有火箭，没有高端制造，美国的氦气完全以军事用途为目的。

 

在现代航空发展的初期，有一段飞艇时代，最早的飞艇使用氢气，后来使用更为安全的氦气。

 

 

1921年美国制造的人类第一艘氦气飞艇

 

当时美国刚打赢一战，正有着制霸全球的野望，于是开足马力疯狂制造氦气，准备靠飞艇的空中打击称霸。

 

没想到飞机技术迎头赶上，把飞艇完全淘汰掉，美国储存的氦气一下子失去军事用途，只能作为一般的惰性保护气体使用。

 

好在随着科技发展，越来越多的领域开始意识到氦气的特性，加以善用，美国的氦气这才找到销路。

 

1960年美国修改了氦气法案，鼓励私人天然气矿拥有者自行从天然气中提取氦气，并强制要求对于那些氦气丰度达到工业利用指标的气田，油气公司必须回收氦气。

 

所有的氦气只能卖给国家，实施敞开收购。

 

市场无法消化的部分，美国政府收购后直接注入克利夫赛德气田（CliffsideGas Field），作为战略物资储备。

 

 

克利夫赛德气田（摄于60年代）

 

但因为之前储存的太多，又有更多新生产的氦气补充进来，氦气一直是以“清仓甩卖”的方式贱卖。

 

这就导致很多地方明明在天然气井中发现氦气，但开采成本仍然太高，不少国家的氦气项目就这么白白放弃了。

 

2018年前后，美国氦气库存清仓完毕，国际氦气价格应声而涨。

 

到今天，价格已经是从前的四倍多。

 

美国Matheson生产的液氮40美元100升，液氦则要1000美元100升，而且还在持续上涨。

 

氦气越来越金贵，不少国家早早打起了氦气的主意，试图打破美国的垄断。

 

天然气资源丰富的北非和中东地区目前已经是氦气的出口大国，卡塔尔已经是世界第二大氦气生产国，产能可以满足全球四分之一的需求。

 

此外，阿尔及利亚、澳大利亚、波兰、俄罗斯也都占有一定份额。

 

当然，美国依然是全球最大的氦气生产国，产能占比将近六成。

 

虽然老储井资源枯竭，氦气开采有所下降，但由于技术成熟，所以美国氦气一直是中国进口氦气的主要来源。

 

 

全球氦气产量分布

 

中国号称地大物博，但在氦气资源方面是个十足的穷国，资源占比仅有2%。我国每年的氦气需求高达4000多吨，95%以上都要进口。

 

2019年，中美贸易战。氦气关税从5.5%提高到10.5%，中国只能加大在卡塔尔的氦气采购。

 

氦气价格波动，影响到日本的货源，高端制造大受打击。

 

东芝的闪存、索尼的CMOS形象传感器等，原本都是日本打算增产的半导体产品，但受限于氦气供应，只能减产。

 

03

开源节流，摆脱窘境

 

中美关系近几年持续紧张，中国也调整了氦气的进口来源。

 

现在中国进口的氦气有六成来自卡塔尔，四分之一来自美国，还有一成来自澳大利亚。

 

这个进口结构仍旧存在很大风险，容易被“卡脖子”。

 

 

中国氦气进口来源地

 

首先，从卡塔尔进口氦气的价格比美国还贵，比如2019年卡塔尔氦气的进口价为53到60美元一公斤，而美国的进口价则只有47到56美元一公斤。

 

其次，卡塔尔资源确实丰富，但没有自主的技术，严重依赖美国。

 

再次，美国跟澳大利亚从来穿一条裤子，两国联手就能控制我国超过三分之一的氦气，形势不容乐观。

 

第四，卡塔尔位于中东，政治风险一直存在，比如2017年，卡塔尔就搞出个外交危机，被周围的阿拉伯国家封锁，氦气运输受阻。

 

中国要想自己安全，就得开源节流，保障氦气的供应。

 

短期来看，氦气仍旧依赖进口，可以在贸易端想想办法。

 

去年，广钢气体公司收购全球特种气体大佬林德集团剥离出的氦气业务，每年能供应约425吨氦气。

 

光开源还不够，因为氦气毕竟是不可再生资源，还得节流。

 

节流没啥好办法，能用其他气体替代的，那就替代；不能替代的，就只能开发新技术。

 

比如医疗方面，飞利浦最新研制的无液氦007核磁共振仪，就把7升液氦一次性封装，排除氦气散失的可能，使用中再也无需添加液氦；工业生产中，消耗掉的氦气可以用加装的回收系统进行循环利用。

 

 

光纤制造的氦气循环专利

 

长期来看，还得靠自己。

 

去年，中国在宁夏盐池县开设了首座大型氦气厂，实现了零的突破。

 

这座氦气工厂的产能还比较小，年产量只有20吨，但好在造价低，适合推广。

 

另外，中国在渭北盆地的水溶气田和柴达木盆地、塔里木盆地的部分天然气田中也发现了有工业价值的富氦天然气，因为储量和技术的问题，目前还在评估阶段。

 

所以，储量是一方面，开采技术的提高则是另一不可忽略的方面。

 

 

宁夏盐池县的氦气提取厂

 

当然，有人在想，中国这么大，没准儿哪天突然发现个富氦天然气田，就能把氦气严重依赖进口的问题一次性解决。

 

这种可能性不是没有。

 

无论如何，还是要未雨绸缪，否则，万一被断供，就麻烦了。

 

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