资源只占全世界2%，中国如何打赢氦气突围战？

wifai

欢迎收看和阅读【产经破壁机137】一种不起眼的气体，却能卡住高端制造的咽喉，这种气体就是氦气。过去十年，中国对氦气的需求以年均14%的速度增长。



但不久之前，中国自己能生产的氦气，还不到全球的1%，90%以上的氦气依赖进口。一次海外工厂检修、一场地区冲突，甚至一纸出口限制，都可能迅速传导到整个高端制造链条上。

三年前，一次全球市场的氦短缺，让氦气价格在短短数月间翻了5倍。但如今，我们可以说，那是以前了。这场受制于人的氦气短缺战，中国是怎么打赢的？


01 氦气的发现与美国的百年垄断之路

1903年，在美国堪萨斯州的一次油井作业中，井口喷出了一股无法燃烧的气体。这让原本期待发现石油、改善收入的当地人颇为失望，却意外引起了科学界的关注。

检测结果显示：这股气体主要由氮气、甲烷、少量氢气，以及一部分当时无法被识别的惰性成分构成。研究人员将样本带回大学，经过一年多的分析，最终确认：其中的氦含量高达1.84%，是普通天然气田的10倍。


氦气是一种特殊的稀有气体，在元素周期表中排第二。地球上的氦，主要并非来自化学反应，而是源自岩层深处的铀、钍等放射性元素，它们在漫长的衰变过程中，缓慢释放出氦原子。这些氦原子会穿过岩石缝隙不断迁移，最终富集到天然气田中，与天然气的主要成分混合存在。

也正因为化学性质极其稳定、几乎不参与化合反应，同时分子质量又极轻，天然可被利用的氦气资源极为稀少。


美国政府很快意识到，氦气在性能上几乎可以替代氢气的举升能力，却不具备燃烧和爆炸风险，在军事侦察、航空飞行器等领域有极高的价值，于是在1917年拨款10万美元，启动从天然气中提取氦气的技术研发，并建立工厂，用于生产当时气球和飞艇需要的升空气体。


1925年，为了保障国防和航空系统对氦气的需求，美国通过《氦气保护法案》，按照战略物资的要求，对氦气进行管理和储备。


首要的就是严格限制出口，只有在美国氦气产能过剩，且经过多个政府部门及总统的一致同意，氦气才能对外出售。1960年又通过《氦气法修正案》，进一步加强管控，拨款建立了美国国家氦气储备库，配套建设了一整套大规模储存设施。

据美国地质调查局（USGS）的统计：美国是世界上上氦气资源最丰富的国家，控制了全球约35%的氦气资源量；在2012年之前，美国的氦气产量长期占据全球约80%。


在氦气发现最初的六十多年间，美国一直是全球唯一的氦气生产国，在冷战期间几乎垄断了全球的氦气供应。虽然在冷战结束后，为了缓解成本压力，开始逐步抛售氦气储备，但至今仍在全球氦气产业链里有着决定性的影响力。

02 高端制造的刚需与中国的 “卡脖子” 困境

随着科技进步，氦气已从单纯的举升气体，变成了高端产业不可替代的基础材料。在核磁共振成像中，液氦用于冷却超导磁体，是保证成像稳定性的前提。


在半导体制造中，氦气既作为惰性保护气体，防止污染与氧化，又凭借优异的导热性能，支撑高温、精密的制程工艺；在航天领域，各类火箭、卫星与空间任务，每年同样需要消耗大量氦气。

过去十年，中国对氦气的需求快速增长，复合增长率高达14%。但中国的氦气年产能只占全球的0.63%，约九成的消费量依赖进口。任何天灾人祸，一旦危及气源地产能、海运设施，都有可能造成全球氦气市场供应出现剧烈波动，影响产业链的安全。


2006年以来，全球氦气市场已经出现过4次氦气“大短缺”，2021年美国大型氦浓缩厂检修、2022年卡塔尔减产叠加俄乌冲突，导致俄罗斯供气延迟，都曾迅速推高中国的氦气进口价格。

更大的问题在于自主权，2018年5月，美国内政部发布了35种关键矿产最终清单，氦气被列入其中，要求与中国方面签署的氦气供应合同，要写明不准用于军事用途。氦气制备设备方面，美国商务部制定的《出口管理条例》直接禁止专门制造零下253度超低温环境的制冷机出口中国。
03 闪蒸气提氦技术的突破与产业化

为了摆脱对美国的氦气依赖，世界各国一直在寻找替代方案。早在上世纪90年代，欧洲国家就开始行动，尝试在北非的阿尔及利亚和中东的卡塔尔培育新的氦气供应体系。

在欧美资本与技术的推动下，2014年，卡塔尔建成Helium 2 项目，成为当时全球最大的氦气工厂；到2023年底，阿尔及利亚已成长为全球第三大氦气生产国。


但对中国而言，这条路径并不顺畅。阿尔及利亚的氦气主要面向欧洲市场，中国难以获得稳定配额；而卡塔尔虽然一度成为中国八成以上氦气的来源，却也意味着供应高度集中，“对单一气源过度依赖”的问题并未真正消失。


更现实的约束在于资源禀赋本身。富煤、贫油、少气，是中国能源结构的基本情况，已探明天然气田中的含氦量普遍只有 0.1%–0.3%。在资源条件并不占优的前提下，单纯靠“找气源”，并不足以解决问题。

转机出现在近年液化天然气产业取得的技术突破中。液化天然气（LNG）是天然气在超低温下形成的液体，体积小，方便储运。尽管液化天然气的储罐有极好的隔热性能，但在物理上无法做到百分之百隔热。


当液化天然气在储运过程中发生热量或者压力的变化，一部分液体会迅速汽化，形成氦气浓度可达1%以上的闪蒸气，由于不好处理，这部分在过去只能烧掉或者放掉。

2019年，中科院理化技术研究所成功研制出了中国首套闪蒸气低温提氦装置，生产出液氦产品，验证了路线的工程可行性。2020年10月，由其发起创立的中科富海，联合宁夏深燃众源，在宁夏盐池建成了国内首个闪蒸气低温提氦示范项目，提氦技术开始从实验室走向产业化。


关键提取技术突破后，各地闪蒸气提氦项目加速落地。2020年底，四川空分设备在内蒙古鄂尔多斯杭锦旗建成国内首个年产能超百万立方米、纯度达99.999%的提氦项目；2021年，内蒙古森泰能源和甘肃瑞华能源的相关项目相继投产。

04 产能跃升与储运技术的自主可控

随着提氦装置的大规模落地，中国的供给结构开始发生变化。2024年，中国氦气年产能突破1000万立方米，产量同比增长近40%，进口依赖度从 95%降到85%，考虑到中国只占有全世界2%的氦气资源，这一步来之不易。

氦气自主可控的另一道难关——储运，也在被逐步打通。和天然气相比，氦气的液化温度更低、工程难度更高，是中国氦气产业链中最难补齐的一环。
 

2022年，中集安瑞科成功研发出国内第一台液氦罐箱；2023年5月，项目正式宣布启动量产计划，首批生产10台，填补了国内液氦储运装备上的技术空白。

更重要的是，掌握了提取、液化和储运的关键技术后，即便本土资源有限，也可以通过技术出海，在海外高氦气资源区合作开发。
 
俄罗斯天然气中的氦含量为0.15%–0.3%，明显高于中国。2021年，俄罗斯阿穆尔天然气加工厂投产首套氦提纯与液化装置，由中国能建葛洲坝集团承建。2023年11月，杭州国资委下属的杭氧集团自主研制的40英尺液氦罐箱，完成了一次从俄罗斯阿穆尔到国内的跨境运输，并在2024年7月实现量产交付。

2024年，中国约33%的氦气从俄罗斯进口，俄罗斯成了中国第二大氦气进口国。从美国进口的氦气占比，已经不到5%。

决定产业安全的，有时候并不是资源的多寡，而是能否把不确定性留在自己可控的范围内。

对中国来说，实现氦气产业链的自主可控，并不意味着资源禀赋发生了改变，而是结束了长期被“短缺”牵着走的状态，完成了一次从无到有、从被动到可选的转折。

wakeman

老家附近就有个液化天然气站，以前真不知道闪蒸气还能提氦，长知识了！

77898876

为祖国点赞

mulunbo

为国家作贡献的科学家们，理应万世流芳！