【文/觀察者網(wǎng) 熊超然】氦氣是一種稀有的戰(zhàn)略資源，被廣泛用于醫(yī)療和高科技行業(yè)，包括半導(dǎo)體和量子計(jì)算機(jī)。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所過(guò)去曾指出，氦氣是一種關(guān)系國(guó)家安全、高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展和民生健康的重要戰(zhàn)略性資源，國(guó)內(nèi)使用氦氣幾乎全部依賴(lài)于進(jìn)口，資源安全形勢(shì)非常嚴(yán)峻。

據(jù)香港《南華早報(bào)》10月14日?qǐng)?bào)道，近年來(lái)，中國(guó)一直在謹(jǐn)慎地減少對(duì)于美國(guó)的氦氣依賴(lài)，正悄悄擺脫美國(guó)對(duì)于氦氣的“壟斷控制”，隨著實(shí)施包括多樣化海外供應(yīng)和利用科技突破增加國(guó)內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)量等一系列舉措，專(zhuān)家們表示，這一策略正在發(fā)揮作用。

“如果中國(guó)面臨氦氣短缺，對(duì)科技的影響將是巨大的，因?yàn)樵谠S多領(lǐng)域，氦氣難以替代?！痹诎亓趾捅本┒荚O(shè)有辦事處的研究咨詢公司Sinolytics的管理合伙人約斯特·維貝克（Jost Wuebbeke）指出，過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)的氦氣大部分依賴(lài)于美國(guó)。

重點(diǎn)研究中國(guó)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)政策的維貝克表示，但現(xiàn)在，如果美國(guó)試圖在與中國(guó)的科技競(jìng)爭(zhēng)中利用氦氣作為“杠桿”，潛在影響將是“微不足道的”。據(jù)他介紹，目前，美國(guó)占中國(guó)氦氣進(jìn)口的比例不到5%，而卡塔爾占近90%，越來(lái)越多的氦氣也來(lái)自于俄羅斯，俄羅斯正在擴(kuò)大其產(chǎn)能。

《南華早報(bào)》此前曾援引研究人員的話指出，需要注意的是，中國(guó)在未來(lái)幾年仍將依賴(lài)于美國(guó)的氦氣供應(yīng)，雖然近年來(lái)卡塔爾和澳大利亞等國(guó)也提高了產(chǎn)量，但這些國(guó)家的設(shè)備大多是美國(guó)所擁有或控制，美國(guó)仍有出手制裁和“卡脖子”的可能性，而像俄羅斯也生產(chǎn)氦氣，但供應(yīng)量還無(wú)法滿足中國(guó)的需求。

2020年7月23日，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭將我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射升空并送入預(yù)定軌道。中國(guó)每年的氦氣使用量超4300噸，其中就包括了用于泵送火箭燃料。 新華社

在日常生產(chǎn)制造中，氦氣的用途廣且重要性強(qiáng)，無(wú)論是在長(zhǎng)征五號(hào)火箭中作為燃料的壓送劑和增壓劑，還是在焊接中作為保護(hù)氣體，亦或是為制造電子芯片創(chuàng)造所需的“超凈環(huán)境”，這些場(chǎng)景中都離不開(kāi)氦氣。

東吳證券在2022年6月發(fā)布的一份報(bào)告中指出，國(guó)外對(duì)于氦氣資源的保護(hù)與戰(zhàn)略儲(chǔ)備的重視已由來(lái)已久。全球氦氣產(chǎn)量集中度高，前三大產(chǎn)氣國(guó)美國(guó)、卡塔爾、阿爾及利亞等氦氣壟斷國(guó)家，對(duì)于氦氣及制氦設(shè)備出口有明確限制。與此同時(shí)，中國(guó)對(duì)氦氣的進(jìn)口依賴(lài)度極高，優(yōu)質(zhì)氣田資源亟待開(kāi)發(fā)。

《南華早報(bào)》指出，隨著人類(lèi)社會(huì)越來(lái)越受到科學(xué)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，對(duì)氦氣的需求正在飆升。氦氣可以被冷卻到接近絕對(duì)零度，這使得它對(duì)于冷卻量子計(jì)算機(jī)、磁共振成像掃描儀、聚變反應(yīng)堆和粒子加速器等尖端設(shè)備至關(guān)重要。氦氣非常穩(wěn)定的特性，也使得之在制造計(jì)算機(jī)芯片和激光光源等敏感產(chǎn)品方面非常有用。

特別是在半導(dǎo)體行業(yè)快速增長(zhǎng)的推動(dòng)下，中國(guó)已成為世界第二大氦氣消費(fèi)國(guó)，2020年至2023年期間，這一消費(fèi)量增長(zhǎng)了7.2%。

科學(xué)與工程的進(jìn)步正使中國(guó)擺脫美國(guó)對(duì)氦氣的壟斷控制 《南華早報(bào)》

全球氦氣總資源量約490億立方米，總儲(chǔ)量約76億立方米，分布極不均勻，主要分布在美國(guó)、阿爾及利亞、卡塔爾和俄羅斯，其中美國(guó)占世界資源總量的40%以上，儲(chǔ)量占世界的52%。全球每年氦氣需求量約為2億立方米，但年產(chǎn)量?jī)H有1.7億立方米，供不應(yīng)求，長(zhǎng)期短缺。我國(guó)每年氦氣需求量約為1200萬(wàn)立方米，但勘查開(kāi)發(fā)程度極低，資源量和儲(chǔ)量情況不明，僅四川自貢威遠(yuǎn)氣田曾進(jìn)行提氦利用，年產(chǎn)量約5萬(wàn)立方米，且至2004年已停產(chǎn)。我國(guó)氦氣供應(yīng)長(zhǎng)期依賴(lài)從美國(guó)進(jìn)口，資源安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

目前，美國(guó)不僅擁有世界上三分之一以上的氦儲(chǔ)量，也一直是全球最大的天然氣生產(chǎn)國(guó)之一。同時(shí)，大多數(shù)氦氣又是作為天然氣的副產(chǎn)品被提取的，美國(guó)則擁有全球最大的富氦天然氣田。相比之下，中國(guó)也有天然氣，但其中含氦量很少，這就意味著從天然氣中直接提取氦氣的代價(jià)太過(guò)昂貴，一直無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)。

在2022年年底發(fā)表于國(guó)際期刊《環(huán)境科學(xué)前沿》（Frontiers in Environmental Science）的一篇文章中，有多名中方研究人員當(dāng)時(shí)提醒，一旦美國(guó)在氦氣出口上對(duì)中國(guó)“卡脖子”，中國(guó)的氦氣供應(yīng)將“受到極大限制”。他們補(bǔ)充稱(chēng)，美國(guó)在全球范圍內(nèi)壟斷了氦氣儲(chǔ)量和最先進(jìn)的氦氣提取技術(shù)。

不過(guò)，目前的形勢(shì)已經(jīng)發(fā)生重大變化。上個(gè)月，中國(guó)科學(xué)院提名了氦氣提取及相關(guān)設(shè)備開(kāi)發(fā)方面的成果參評(píng)年度科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。有關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)提名文件指出，這些科學(xué)和工程成果，“打破了美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)的壟斷，確保了中國(guó)氦氣資源的安全”。

去年，我國(guó)某研究所所長(zhǎng)表示，為應(yīng)對(duì)中國(guó)氦氣藏品位低以及提取難度大等問(wèn)題，他的研究所開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)異的國(guó)產(chǎn)分離膜材料和組件，表現(xiàn)出良好的效果。

事實(shí)上，早在2020年7月，我國(guó)在寧夏回族自治區(qū)的鹽池縣就開(kāi)設(shè)了首座大型氦氣廠。雖然，新工廠和新設(shè)備起初只能滿足少量的需求，但這樣的氦氣廠建造成本相對(duì)較低，今后可以被廣泛推廣。

對(duì)該項(xiàng)目提供支持的中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，中國(guó)天然氣工廠的廢料中含有相當(dāng)多數(shù)量的氦，這可能成為中國(guó)能大規(guī)模生產(chǎn)氦氣的關(guān)鍵。一名不愿透露姓名的科學(xué)家表示，該生產(chǎn)方法的成本不便透露，但和進(jìn)口的成本相比“很有競(jìng)爭(zhēng)力”。

還有參與該項(xiàng)目的科學(xué)家透露，以液氦這種形式為例，新建成工廠的年產(chǎn)量將達(dá)20噸。雖然這一數(shù)字和中國(guó)目前每年4300多噸的巨大用量還有相當(dāng)大的差距，但該工廠的建造成本很低，估計(jì)在3000萬(wàn)至5000萬(wàn)人民幣之間。一旦中國(guó)建立數(shù)百個(gè)類(lèi)似的設(shè)施項(xiàng)目，完全可以實(shí)現(xiàn)在氦氣上的“自力更生”，這意味著中國(guó)在制造高科技產(chǎn)品的過(guò)程中，距離減少甚至擺脫進(jìn)口氦氣的依賴(lài)又更近了一步。

此外，中國(guó)還在其他領(lǐng)域取得了突破。《南華早報(bào)》介紹稱(chēng)，中國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)已著眼于從煤層氣中提取氦氣，全球首個(gè)針對(duì)煤層氣的高純度氦氣提取廠于2023年在中國(guó)投產(chǎn)，為提高中國(guó)的氦氣產(chǎn)量開(kāi)辟了一條新途徑。

2023年12月，由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)煤科院承建的全球首套3.6萬(wàn)Nm3/d含氦煤層氣提取高純氦氣裝置，在窯街煤電集團(tuán)甘肅科貝德煤與煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)有限公司實(shí)現(xiàn)一次開(kāi)車(chē)成功，順利產(chǎn)出99.999%以上純度的高純氦氣，標(biāo)志著我國(guó)完全掌握了含氦煤層氣提氦成套工藝及其工程化技術(shù)，我國(guó)含氦煤層氣提取高純氦氣技術(shù)獲得重大突破。

全球首套含氦煤層氣提取99.999%以上高純氦氣裝置一次開(kāi)車(chē)成功 新華社

同時(shí)，科學(xué)家們也在尋找氦氣的替代品，以創(chuàng)造出高科技產(chǎn)業(yè)所需的超低溫度。例如，一個(gè)包括中國(guó)科學(xué)院物理學(xué)家在內(nèi)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，已發(fā)現(xiàn)一種鈷基量子磁性材料，該材料理論上可以在不依賴(lài)氦氣的情況下實(shí)現(xiàn)超低溫度，這一研究成果已于今年1月發(fā)表在經(jīng)同行評(píng)審的《自然》（Nature）雜志上。

根據(jù)中國(guó)化工信息中心（CNCIC）今年2月發(fā)表的一篇文章介紹，中國(guó)的純氦產(chǎn)能在2020年之前相對(duì)較低，但在2020年至2023年期間，由于氦氣提取技術(shù)的進(jìn)步，中國(guó)的產(chǎn)能大幅擴(kuò)張。

維貝克提醒，盡管中國(guó)為擴(kuò)大國(guó)內(nèi)產(chǎn)能作出了努力，2018年至2022年期間的氦氣產(chǎn)量增長(zhǎng)了五倍之多，但在中國(guó)消費(fèi)的氦氣中，仍有92%依賴(lài)進(jìn)口。中國(guó)化工信息中心也預(yù)計(jì)，到2028年，中國(guó)仍將有約60%的氦氣需求依賴(lài)進(jìn)口。

不過(guò)，中國(guó)化工信息中心強(qiáng)調(diào)，中國(guó)的國(guó)內(nèi)氦氣生產(chǎn)可能成為一個(gè)強(qiáng)有力的“籌碼”，可以用來(lái)阻止外國(guó)供應(yīng)商隨意提價(jià)和切斷供應(yīng)。

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