新的一年剛剛開(kāi)始，中國(guó)就迎來(lái)了好消息，在中國(guó)煤炭科工集團(tuán)的潛心攻關(guān)下，我國(guó)首套含氦煤層氣提取高純氦氣裝置近成功應(yīng)用，產(chǎn)出了純度高達(dá)99.999%以上的高純氦氣，這意味著美國(guó)能卡中國(guó)脖子的技術(shù)，又少了一個(gè)。

被譽(yù)為“黃金氣體”的氦氣，對(duì)于高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，它是一種必不可少的珍貴戰(zhàn)略資源。在我們常說(shuō)的現(xiàn)代工業(yè)皇冠的明珠中，包括一項(xiàng)電子特氣，而氦氣就是其中的一種。目前，從天然氣中分離出氦氣是其唯一成熟的工業(yè)提取方法。但受限于資源和技術(shù)條件，中國(guó)超過(guò)95%的氦氣需求通過(guò)進(jìn)口來(lái)滿足，這使得供應(yīng)鏈極有可能受到外部干擾。

自兩年前起，煤科院聚焦于煤層含氦天然氣提取技術(shù)的研發(fā)攻堅(jiān)。項(xiàng)目技術(shù)主管郭昊乾指出，相比普通天然氣，煤層氣的組成更為復(fù)雜，這增加了從中分離氦氣的難度。特別是這次項(xiàng)目所在的海石灣煤礦中，所產(chǎn)煤層氣中兼含有大量二氧化碳，這使得分離過(guò)程愈發(fā)棘手。

【全球首套含氦煤層氣提取裝置成功應(yīng)用】

經(jīng)過(guò)不懈努力，煤科院的專家團(tuán)隊(duì)利用他們?cè)跉怏w分離和提純領(lǐng)域的深厚技術(shù)儲(chǔ)備，結(jié)合變壓吸附、膜分離等多種關(guān)鍵分離技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了一套先進(jìn)的煤層氣提取氦氣工藝流程，這也是全球頭一份。通過(guò)這個(gè)流程，提取出氦氣之后，剩余的煤層氣仍可作為發(fā)電的燃料氣使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤層氣與氦氣雙重資源的高效開(kāi)發(fā)利用，帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)和環(huán)境利益的多重收益。

氦氣之所以引發(fā)關(guān)注，是因?yàn)檫^(guò)去三四年里價(jià)格上漲的很厲害。氦是屬于貴惰性氣體，也是繼氫之后質(zhì)量最輕的氣體。若以氦作為充氣球的填充氣體，比易爆炸的氫氣要安全得多。此外，氦氣在眾多關(guān)鍵領(lǐng)域扮演著不可或缺的角色，尤其是在全球科技競(jìng)賽日趨激烈的今天，其重要性愈發(fā)顯著。

例如，在芯片生產(chǎn)過(guò)程中，需使用名為單晶硅的特定材料。生產(chǎn)這種材料時(shí)，須將高純度的多晶硅置入石英坩堝內(nèi)，并利用加熱器持續(xù)加溫直至約1400度。如此高溫容易引起多種化學(xué)反應(yīng)，因此在這一過(guò)程中需要氦氣進(jìn)行防護(hù)。同理，許多電子組件內(nèi)部含有敏感介質(zhì)，這些介質(zhì)的防護(hù)亦需要充填氦氣。

【氦氣應(yīng)用領(lǐng)域分布圖】

在航天領(lǐng)域，氦氣同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。眾所周知，衡量汽車(chē)性能的關(guān)鍵因素之一是檢查其發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這與評(píng)估火箭是否可靠有相似之處。在火箭發(fā)射過(guò)程中，氦氣在換熱器內(nèi)被加熱至超過(guò)400度，用以為燃料和氧化劑提供壓力，最終以每分鐘12000轉(zhuǎn)的速率注入燃燒室，生成強(qiáng)大推力。特別是在美國(guó)大力推動(dòng)中美太空競(jìng)賽的背景下，掌握氦氣提取的自主技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

盡管中國(guó)地大物豐，但在氦氣資源儲(chǔ)量方面卻相對(duì)貧乏，僅占全球比例的2%。我國(guó)的年氦氣消費(fèi)量高達(dá)4000多噸，其中超過(guò)95%需靠進(jìn)口。而美國(guó)則在這方面擁有著得天獨(dú)厚的條件。早在1903年，科學(xué)家們?cè)诿绹?guó)堪薩斯州的一個(gè)大型油田發(fā)現(xiàn)了一種不易點(diǎn)燃的氣體，經(jīng)過(guò)研究確認(rèn)為氦氣后，美國(guó)由此獲得了幾乎全部世界氦氣資源的控制權(quán)。

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)向四個(gè)國(guó)家進(jìn)口氦氣，其中卡塔爾占六成，美國(guó)占四分之一，澳大利亞也有一定份額。這里，有人或許會(huì)問(wèn)，鑒于卡塔爾與我們關(guān)系良好，為何我們?nèi)灶檻]美國(guó)可能會(huì)卡我們的脖子呢？

首先，卡塔爾的氦氣價(jià)格實(shí)際上高于美國(guó)，以2019年為例，卡塔爾氦氣的價(jià)格區(qū)間是53至60美元/公斤，相較之下，美國(guó)的價(jià)格區(qū)間為47至56美元/公斤。再加上自2019年中美貿(mào)易戰(zhàn)爆發(fā)，氦氣關(guān)稅從原本的5.5%上升至10.5%，導(dǎo)致中國(guó)不得不增加從卡塔爾的進(jìn)口量。

【美澳聯(lián)手也會(huì)對(duì)中國(guó)氦氣供應(yīng)不利】

其次，盡管卡塔爾的資源豐富，是世界第二大氦氣出口國(guó)，擁有滿足全球四分之一需求的產(chǎn)能，但他們依然缺乏獨(dú)立的生產(chǎn)技術(shù)，嚴(yán)重依賴美國(guó)。如果美國(guó)決定限制相關(guān)技術(shù)輸出，將直接影響卡塔爾的氦氣生產(chǎn)。

第三，美國(guó)與澳大利亞關(guān)系密切，聯(lián)手即可對(duì)中國(guó)超過(guò)三分之一的氦氣供應(yīng)產(chǎn)生控制，這為中國(guó)帶來(lái)了不利的局面。

最后，卡塔爾位于中東政治復(fù)雜的地區(qū)，政治風(fēng)險(xiǎn)層出不窮。例如2017年卡塔爾就曾經(jīng)歷外交危機(jī)并遭到周邊阿拉伯國(guó)家的封鎖，造成了氦氣運(yùn)輸?shù)睦щy。到時(shí)候我們可能不得不硬著頭皮從美國(guó)進(jìn)口，也是風(fēng)險(xiǎn)之一。

歷史經(jīng)驗(yàn)告誡我們，對(duì)核心技術(shù)的依賴性是一把雙刃劍。拿華為的例子來(lái)說(shuō)，一度因?yàn)槊绹?guó)的出口限制而面臨巨大的生存挑戰(zhàn)。由此反觀氦氣問(wèn)題，雖然目前國(guó)際市場(chǎng)上的供應(yīng)尚未形成實(shí)質(zhì)性的威脅，但成熟的前瞻思維和戰(zhàn)略布局是確保未來(lái)資源安全的有效途徑。所謂求人不如求己，長(zhǎng)期來(lái)看，中國(guó)要想保證氦氣安全，還是要自己掌握提煉技術(shù)，做到未雨綢繆，否則，萬(wàn)一哪天美國(guó)想到了這招，就麻煩了。