摆脱美垄断！陆研发自煤层气中提取氦气

2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务「天问一号」探测器成功发射升空并送入预定轨道。中国每年的氦气使用量超4300吨，其中就包括了用于泵送火箭燃料。（新华社）

据观察者网报导，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，包括半导体和量子计算机。中国科学院理化技术研究所过去曾指出，氦气是一种关系国家安全、高新产业发展和民生健康的重要战略性资源，国内使用氦气几乎全部依赖于进口，资源安全形势非常严峻。

据香港《南华早报》10月14日报导，近年来，中国一直在谨慎地减少对于美国的氦气依赖，正悄悄摆脱美国对于氦气的垄断控制，随着实施包括多样化海外供应和利用科技突破增加国内生产产量等一系列举措，专家们表示，这一策略正在发挥作用。

「如果中国面临氦气短缺，对科技的影响将是巨大的，因为在许多领域，氦气难以替代。」在柏林和北京都设有办事处的研究咨询公司Sinolytics的管理合伙人约斯特·维贝克（Jost Wuebbeke）指出，过去很长一段时间，中国的氦气大部分依赖于美国。

重点研究中国经济和产业政策的维贝克表示，但现在，如果美国试图在与中国的科技竞争中利用氦气作为杠杆，潜在影响将是微不足道的。据他观察，目前，美国占中国氦气进口的比例不到5％，而卡达占近90％，越来越多的氦气也来自于俄罗斯，俄罗斯正在扩大其产能。

《南华早报》此前曾援引研究人员的话指出，需要注意的是，中国在未来几年仍将依赖于美国的氦气供应，虽然近年来卡达和澳洲等国也提高了产量，但这些国家的设备大多是美国所拥有或控制，美国仍有出手制裁和「卡脖子」的可能性，而像俄罗斯也生产氦气，但供应量还无法满足中国的需求。

在日常生产制造中，氦气的用途广且重要性强，无论是在长征五号火箭中作为燃料的压送剂和增压剂，还是在焊接中作为保护气体，亦或是为制造电子晶片创造所需的「超净环境」，这些场景中都离不开氦气。

东吴证券在2022年6月发布的一份报告中指出，国外对于氦气资源的保护与战略储备的重视已由来已久。全球氦气产量集中度高，前三大产气国美国、卡达、阿尔及利亚等氦气垄断国家，对于氦气及制氦设备出口有明确限制。与此同时，中国对氦气的进口依赖度极高，优质气田资源亟待开发。

《南华早报》指出，随着人类社会越来越受到科学技术的驱动，对氦气的需求正在飙升。氦气可以被冷却到接近绝对零度，这使得它对于冷却量子计算机、磁共振成像扫描仪、聚变反应堆和粒子加速器等尖端设备至关重要。氦气非常稳定的特性，也使得之在制造电脑计算机晶片和雷射光源等敏感产品方面非常有用。

特别是在半导体行业快速增长的推动下，中国已成为世界第二大氦气消费国，2020年至2023年期间，这一消费量增长了7.2％。

全球氦气总资源量约490亿立方米，总储量约76亿立方米，分布极不均匀，主要分布在美国、阿尔及利亚、卡达和俄罗斯，其中美国占世界资源总量的40％以上，储量占世界的52％。全球每年氦气需求量约为2亿立方米，但年产量仅有1.7亿立方米，供不应求，长期短缺。

中国每年氦气需求量约为1200万立方米，但勘查开发程度极低，资源量和储量情况不明，仅四川自贡威远气田曾进行提氦利用，年产量约5万立方米，且至2004年已停产。中国氦气供应长期依赖从美国进口，资源安全形势十分严峻。

目前，美国不仅拥有世界上三分之一以上的氦储量，也一直是全球最大的天然气生产国之一。同时，大多数氦气又是作为天然气的副产品被提取的，美国则拥有全球最大的富氦天然气田。相比之下，中国也有天然气，但其中含氦量很少，这就意味着从天然气中直接提取氦气的代价太过昂贵，一直无法大规模生产。

在2022年年底发表于国际期刊《环境科学前沿》（Frontiers in Environmental Science）的一篇文章中，有多名中方研究人员当时提醒，一旦美国在氦气出口上对中国「卡脖子」，中国的氦气供应将「受到极大限制」。他们补充称，美国在全球范围内垄断了氦气储量和最先进的氦气提取技术。

不过，目前的形势已经发生重大变化。上个月，中国科学院提名了氦气提取及相关设备开发方面的成果参评年度科学奖项。有关奖项提名文件指出，这些科学和工程成果，「打破了美国长期以来的垄断，确保了中国氦气资源的安全。」

去年，在接受新华社旗下《瞭望》新闻周刊采访时，中国科学院院士、中国科学院过程工程研究所所长、河南大学校长张锁江表示，为应对中国氦气藏品位低以及提取难度大等问题，他的研究所开发了性能优异的国产化氦气分离膜材料，并开发出中空纤维氦气分离膜组件，表现出良好的效果。

事实上，早在2020年7月，中国在宁夏回族自治区的盐池县就开设了首座大型氦气厂。虽然，新工厂和新设备起初只能满足少量的需求，但这样的氦气厂建造成本相对较低，今后可以被广泛推广。

对该项目提供支持的中国科学院理化技术研究所的一个研究小组发现，中国天然气工厂的废料中含有相当多数量的氦，这可能成为中国能大规模生产氦气的关键。一名不愿透露姓名的科学家表示，该生产方法的成本不便透露，但和进口的成本相比「很有竞争力」。

还有参与该项目的科学家透露，以液氦这种形式为例，新建成工厂的年产量将达20吨。虽然这一数字和中国目前每年4300多吨的巨大用量还有相当大的差距，但该工厂的建造成本很低，估计在3000万至5000万人民币之间。一旦中国建立数百个类似的设施项目，完全可以实现在氦气上的「自力更生」，这意味着中国在制造高科技产品的过程中，距离减少甚至摆脱进口氦气的依赖又更近了一步。

此外，中国还在其他领域取得了突破。《南华早报》介绍称，中国的研究团队已着眼于从煤层气中提取氦气，全球首个针对煤层气的高纯度氦气提取厂于2023年在中国投产，为提高中国的氦气产量开辟了一条新途径。

2023年12月，由中国煤炭科工集团煤科院承建的全球首套3.6万Nm3／d含氦煤层气提取高纯氦气装置，在窑街煤电集团甘肃科贝德煤与煤层气开发技术有限公司实现一次开车成功，顺利产出99.999％以上纯度的高纯氦气，标志着我国完全掌握了含氦煤层气提氦成套工艺及其工程化技术，我国含氦煤层气提取高纯氦气技术获得重大突破。

同时，科学家们也在寻找氦气的替代品，以创造出高科技产业所需的超低温度。例如，一个包括中国科学院物理学家在内的国际团队，已发现一种钴基量子磁性材料，该材料理论上可以在不依赖氦气的情况下实现超低温度，这一研究成果已于今年1月发表在经同行评审的《自然》（Nature）杂志上。

根据中国化工信息中心（CNCIC）今年2月发表的一篇文章介绍，中国的纯氦产能在2020年之前相对较低，但在2020年至2023年期间，由于氦气提取技术的进步，中国的产能大幅扩张。

维贝克提醒，尽管中国为扩大国内产能作出了努力，2018年至2022年期间的氦气产量增长了五倍之多，但在中国消费的氦气中，仍有92％依赖进口。中国化工信息中心也预计，到2028年，中国仍将有约60％的氦气需求依赖进口。

不过，中国化工信息中心强调，中国的国内氦气生产可能成为一个强有力的筹码，可以用来阻止外国供应商随意提价和切断供应。