众所周知,氦气是一种稀有的战略资源,被广泛用于医疗和高科技行业,比如半导体和量子计算机、磁共振成像扫描仪、聚变反应堆和粒子加速器、航空航天都会用到氦气。
尤其是航天技术领域,无论是液氧煤油火箭发动机,还是液氢氧火箭发动机,它们输送燃料和氧化剂的系统都会用到氦气,如果没有氦气,人类探索太空的任务将举步维艰。
而氦气在半导体领域也属于关键材料,比如芯片中的多晶硅,在制作这种材料时需要将高纯多晶硅放在石英坩埚中加热,并且要维持在1400度左右,为了防止发生化反应,就需要氦气来保护,如果没有氦气根本就做不成。
更关键的是氦气这玩意儿很轻、无毒、还不可燃烧,并且化学性质极其不活泼,几乎不与任何物质发生反应,因此也可以广泛应用到医疗领域。
再加上氦气沸点极低(零下268.9℃),因此在超导材料制冷领域也有着关键作用,比如核磁共振设备中就会用到氦气,以确保成像的准确性。
可以毫不夸张的说,氦气就是高端工业的润化剂,没有它,很多高精尖技术都要歇菜。
由于美国在高科技领域起步的比较早,因此不管是对氦气资源的探测,还是对氦气的利用和提取技术都处于世界领先,拥有绝对的垄断地位。
然而,这么重要的战略物资,我国却要高度依赖于进口,有数据显示,我国每年氦气需求量约为1200万立方米,这个数字看起来并不大,但是我们还是不能自给自足,进口比例高达95%,这又是为什么呢?
其实氦气提取技术并不是特别复杂,因为大多数氦气是天然气的副产品,也就是说是从天然气中提取出来的,由于氦气的性质非常稳定,所以只需将甲烷变成二氧化碳和水,然后再将它们过滤掉,就可提取出纯氦气来。
然而,虽然提取氦气的方法并不是特别复杂,但是我国却依然无法获得大量的氦气。
原因是我国天然气中氦气含量极低,只发现极少地区的天然气中有较高含量的氦气。比如四川自贡威远气田就曾进行提氦利用,年产量约5万立方米,但是储量并不多,早在2004年就已经停产了。
与之相反的是,有些国家的天然气氦气含量却很丰富,有数据显示,全球氦气总资源量约490亿立方米,总储量约76亿立方米,主要分布在美国、阿尔及利亚、卡塔尔和俄罗斯、加拿大等五国家,其中仅美国一家就占了40%以上,而中国占比却微乎其微。
作为一种极其重要又特别稀有的气体资源,需求却在年年攀升,有数据显示,全球每年氦气需求量大约为2亿立方米,但年产量仅有1.7亿立方米,几乎随时处于供不应求的状态。
而我国作为航天及军事领域的大玩家,已成为世界第二大氦气消费国,氦气作为一种关系国家安全、高新产业发展和民生健康的重要战略性资源,我国又是如何应对的呢?
众所周知,这种高度依赖进口的资源,最怕的就是被卡脖子。
因此,在很早之前我国就开始在全球分散采购氦气,以减少对美国氦气的高度依赖,目前,我国从美国进口氦气的比例已经降到不足5%,卡塔尔占比近90%,并且逐渐加大从俄罗斯进口氦气。
但是即便如此,我国进口的高品质氦气仍然来自美国,虽然卡塔尔氦气质量这几年在不断提高,但仍然无法全部满足我国的需求,更关键的是他们使用的制氦设备是美国制造,依然无法摆脱美国的身影。
不过,最近(10月16日)香港媒体《华南早报》带来了一个振奋人心的消息,报道称我国早在2020年就研制出一套液化天然气闪蒸气提氦装置,纯度达到了国际领先水平,并且已经投入生产,可年产氦气20吨。
虽然这个产量看起来并不多,还远远达不到自给自足的能力,但是我们可以多建一些,加在一起产量也就起来了。
早前,我国也报道过中国煤炭科工集团承建了全球首套3.6万Nm3/d含氦煤层气提取高高纯度氦气装置,标志着我国也已经掌握了高质量氦气提取技术。
此外《华南早报》还称,我国科学家还在积极的寻找氦的替代品,其中国内一个科研团队已经发现一种钴基三角晶格量子磁性材料,可以在不依赖氦气的情况下,实现超低温度。
另外,氦气这玩意儿在设备中不容易消耗,我们还可以利用技术手段,来到达循环利用,以尽量减少对氦气的进口依赖。