大家听说过氦气吗?没错,就是充气球用的那种。
但是你知道吗,氦气在宇宙中是仅次于氢的第二大元素,在地球上却非常稀缺,全球目前已探明的氦气储量,只相当于1.3个三峡水库的容量。
更让人吃惊的是,其中40%以上的储量,都掌握在美国手里。
反观我们中国,虽然科技产业飞速发展,对氦气的需求量很大,但有95%都依赖进口。
这是为什么呢?面对"卡脖子"的威胁,我们又该如何突围呢?
要理解氦气的稀缺,首先要知道它有多重要。
氦是一种安全、惰性的气体,化学性质非常稳定,在元素周期表上,它位于最右侧的一列"贵气"元素之首。
之所以被称为"贵气",不仅因为它们价格昂贵,更在于它们独特的物理化学特性。
氦气最突出的特点就是超低的沸点,零下269℃,是目前已知物质中最低的。
在如此极寒的环境下,其他气体都早已凝固,唯有氦气仍然"气定神闲"。
这种近乎零度的环境,恰恰是很多尖端科技所需要的。
以医疗领域为例,核磁共振成像(MRI)被誉为"当代医学望远镜",它能够对人体内部组织进行高清、立体、多层次成像,是疾病诊断和预防的利器。
但MRI的核心部件——超导磁体线圈,其工作原理就是基于某些特殊材料在超低温下电阻突变为零的现象。
而能够让磁体始终保持在超导状态的,正是氦气制冷系统。
没有源源不断的液氦供应,MRI就难以为继。
在电子工业中,氦气的身影同样无处不在。
生产一块指甲盖大小的芯片,背后却是一个复杂而精密的过程。
其中很多环节,如光刻、外延、刻蚀等,都需要在无尘、无氧、恒温的环境中进行。
而提供如此"洁净室"级别环境的,正是作为保护气和载气的高纯氦气。
它能够有效驱除反应腔内的灰尘、氧气等杂质,确保材料的高纯度。
类似地,光纤拉丝时也必须充入氦气,一来防止氧化,二来带走高温,使光纤快速冷却定型。
由此可见,没有氦气,我们的信息时代恐怕难以到来。
航天航空被视为一个国家的"皇冠明珠",同样高度依赖氦气。
试想,火箭发射时,推进剂舱内压力之大,温度之高,若没有氦气对设备进行安全置换和降温,后果不堪设想。
又如,卫星上的各类精密仪器,也需要氦气来调节温度,确保它们在太空的极寒环境下正常工作。
除了上述这些"高大上"的应用,氦气在深海勘探、高端焊接等领域也不可或缺。
深海勘探往往需要在数百米甚至数千米的深海进行作业,面临着巨大的水压和骤冷骤热的考验。
而氦气混合气体,则是深海勘探人员的"救命稻草"。
与普通空气相比,富含氦气的混合气体密度更小,溶解度更低,可以大大减轻深潜员的呼吸负担,预防减压病等危险。
至于焊接,我们都知道,焊接需要在高温下进行,难免会产生氧化。
而氦气作为保护气,能够隔绝氧气,防止焊缝氧化,确保焊接质量。
尤其是在焊接钛、锆、铍等活泼金属时,惰性的氦气更是不二之选。
正因为氦气的重要性,它很早就被美国视为战略物资。
早在一战时期,美国军方就希望用它代替氢气,为军用飞艇充气。
因为氢气虽然也很轻,但易燃易爆,而氦气则安全得多。
为了将氦气资源牢牢掌控在国家手中,1925年,美国国会专门颁布了《氦气法案》。
该法案规定了氦气开采的一系列优惠政策,将其生产和储备提高到国家战略的高度。
此后,美国政府对氦气的管控一直没有放松。
尤其在冷战时期,美苏两国都视氦气为关乎国防安全的战略物资,纷纷限制出口。
在那个年代,美国的氦气产量就已占到全球的90%以上。
直到1996年,为了偿还储备氦气带来的巨额债务,美国国会才通过《氦气私有化法案》,允许向市场释放一部分氦气。
但政府依然对氦气储备进行着严格管理。
2013年,美国又颁布了《氦气管理法案》,以平衡政府储备、工业所需和出口。
由此可见,美国对氦气资源的重视,从未止步。
当然,政策的助力只是一方面,美国的资源禀赋更是占尽天时地利。
要知道,氦气虽然是宇宙中含量第二的元素,但在地壳中的丰度却很低,因为它实在太"轻"了。
一旦从地下释放出来,就会迅速逃逸到大气层之外。
因此,氦气能够富集成藏的地方,往往地质构造稳定,没有过多的火山活动和板块运动。
而美国正好"躺"在北美大陆这样一个古老的克拉通上。
在漫长的地质年代中,北美大陆的块体始终十分稳定,很少发生造山运动,使得氦气能够安全地储存在地下。
尤为重要的是,美国的氦气主要富集在地下天然气藏中。
当天然气和石油沿着裂缝运移时,氦气也"搭便车"一起运移,并在天然气藏的顶部富集。
这种伴生的氦气品位高,提取也相对容易。
而美国的中西部,恰恰有一些超大型天然气田,氦气含量高达1%以上,是名副其实的"氦气宝库"。
反观中国,我们的国土大部分位于环太平洋地震带和欧亚地震带上。
由于地处三大板块的挤压碰撞区,地壳运动频繁,火山活动强烈,导致氦气很难聚集。
虽然国内也发现了一些富氦天然气田,如四川威远气田和塔里木盆地的一些气田,但无论是氦气含量还是单个气田的体量,都与美国差距甚远。
当然,资源条件并不是一成不变的。
随着勘探开发力度的加大,中国西部一些盆地的氦气远景资源量,已远超过去的预期。
比如,近年来备受瞩目的鄂尔多斯盆地,其部分区块的氦气含量就达到了0.1%以上,具有很好的工业开发价值。
但不可否认,与美国动辄1%以上含量的氦气田相比,我们在资源质量和开发成本上依然存在不小差距。
再加上美国良好的工业基础和先发优势,这种格局短期内恐怕还难以逆转。
因此,从政策、资源到工业实力,美国有着当之无愧的"氦气大国"地位。
背靠政府的战略储备,凭借国内丰富的天然气资源,外加雄厚的科技实力,美国长期把持着全球氦气供应链的"话语权"。
这也是中国为何高度依赖进口的根本原因。
改革开放以来,中国经济发展一日千里,高新技术产业更是如雨后春笋般快速崛起。
然而,在享受科技进步红利的同时,一个不容忽视的问题是,我们在许多关键资源上的对外依存度居高不下。
氦气就是一个典型代表。
据海关统计,2021年中国氦气年需求量超过2000万立方米,但国内产量仅为130万立方米,对外依存度高达95%以上。
这意味着,我们95%的氦气需求都要靠进口来满足。
而在进口来源上,卡塔尔一家就占到82%,其他则主要来自美国和澳大利亚。
乍一看,进口似乎能解燃眉之急。
毕竟,与动辄数十亿立方米的天然气消费相比,区区2000万立方米的氦气需求,还不至于太难满足。
但问题恰恰出在这个"区区"二字上。
作为战略物资,氦气的稀缺性远非一般大宗商品可比。
它在地壳中含量之低,提取之难,已是"物以稀为贵"。
更何况,它还身负着支撑尖端科技的重任,对经济发展和国防安全都有着不可或缺的作用。
因此,任何国家都对氦气资源高度敏感,视之为"命门"。
以美国为例,尽管它是全球最大的氦气出口国,但对内对外都奉行着严格管控。
上文提到,美国很早就将氦气视为战略物资,建立了国家储备制度。
同时,为了保障本土需求,美国政府对氦气出口进行配额管理,对华出口更是从2010年代开始持续收缩。
2019年,在中美经贸摩擦的大背景下,美国商务部更是将氦气等稀有气体列为"出口管制"清单,进一步升高了贸易壁垒。
种种迹象表明,美国对华"卡脖子"不仅可能,而且正在变为现实。
而随着其国内储量的日益耗竭,对全球氦气供应链的影响只会越来越大。
与此形成鲜明对比的是,作为中国氦气进口的最大来源国,卡塔尔近年来对华出口量快速攀升。
2021年,中国从卡塔尔进口氦气达1684万立方米,占进口总量的82%,相当于把"所有鸡蛋放在一个篮子里"。
这固然与卡塔尔丰富的天然气资源密不可分,但也反映出中国氦气供应链"多点开花"的局面尚未形成。
一旦出现地缘冲突等不确定因素,过于集中的进口格局将是一大隐患。
2017年,卡塔尔与沙特阿拉伯等国爆发外交危机,就导致卡塔尔港口被封锁,氦气出口一度受阻。
虽然有分销商改走阿曼等国的港口,暂时缓解了危机,但却给全球氦气市场敲响了警钟。
而且即便是从卡塔尔进口,也难言真正的"安全",因为卡塔尔的氦气提取技术,其实主要来自美国。
面临资源约束和地缘风险,对氦气这种关键战略物资,我们不能再心存侥幸,一味指望进口。
唯有加快国产化步伐,才能从根本上破解"进口依赖"的困局。
首要任务是加大国内氦气资源的勘探开发力度。
据初步预测,中国的四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、汾渭"五大盆地"的氦气远景资源量在80亿立方米以上。
这些"聚宝盆"蕴藏的资源,将是我们提高自给率的基石。
其次是加快国内氦气产能建设,目前中国在建和拟建的天然气提氦项目,预计总产能可达900万立方米以上。
但这与2000多万立方米的庞大需求相比,缺口依然不小。
发展氦气产业,仍需要加大政策扶持和社会投资。
关键核心技术和装备的国产化,同样刻不容缓。
令人欣喜的是,我国在氦气提取、精制、储运等环节已经实现了一系列技术突破。
比如,中国煤科最近在甘肃的一套装置成功产出纯度99.999%的高纯氦气,标志着我国氦气开发利用技术获得重大进展。
最后,还要结合国情,积极探索氦气资源管理的有效模式。
在"威远模式"中,氦气被视为天然气的伴生资源。
这就需要尽快出台相关法规政策,明确油气企业提取氦气的权利和义务。
而"渭河模式"则将氦气作为独立矿种,鼓励社会资本参与勘探开发。
但由于与油气矿权存在冲突风险,这一模式的配套管理制度仍有待完善。
破解氦气困局,本质上是要充分认识其战略价值,在国家层面统筹规划、系统施策。
只有把氦气产业的发展提升到国家战略的高度,才能真正实现自主可控、永续利用。
希望通过这篇文章,大家对氦气有了更多了解。
作为一种关乎未来的战略资源,无论是对一个国家还是普通大众而言,氦气都不应只是“充气球”的代名词。
参考资料
环球时报,中国煤科煤科院突破含氦煤层气提取99.999%以上高纯氦工程技术难题
法国国际关系研究所,中国进口依赖近100%: 一种特殊资源, 美国从冷战垄断至今?
科创中国,又被美国"卡脖子"?这种东西价格一直上涨,中国却95%靠进口!
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