2021 年上半年,咱国家进口的资源被国际上猛抬价,像铁矿石啊、石油啥的。
有一种不太显眼的气体资源,那就是氦气。这氦气在航天、军事、医学等高科技方面用处挺广,而且很难找到能替代它的,简直是气体里的「稀土」。咱国家每年得有 95%的氦气得从外国进口来。
这样的资源架构能撑得久吗?咱国家的氦气,要怎样才能摆脱被「卡脖子」的困境,做到自己能行呢?
【氦气是什么?】
提起氦气,好多人可能不太了解,可一说到「氢气球」,那情况就不同了。实际上,「氢气球」的准确叫法该是「氦气球」,里面充的是氦气,人们到现在还管它叫「氢气球」,纯粹是一种习惯罢了。
这意味着,氦气和氢气具有颇多的类似之处,最显著的特点就是——轻。
氦是宇宙中第二轻的元素,同时,它也是宇宙中含量第二高的元素,在宇宙大爆炸时期大量产生,占了全宇宙元素质量的约1/5,超过其他原子总和的12倍。
但是,地球却似乎没能得到氦的「眷顾」,含量十分稀少,氦气也被叫作稀有气体,虽然在空气当中就有,但其体积仅占空气体积的0.0005%左右,而且氦气由于轻,很容易逃逸到大气当中去,人类无法再利用,因此它也被归类为不可再生资源。
除此以外,氦气还是一种惰性气体,化学性质非常稳定,它既不易溶于水,也几乎不会和其他元素发生反应。试想生活中,我们常常听到「氢化物」的说法,但却从来没有「氦化物」的说法。它的稳定,赋予了它很多氢气做不到的用途。
【氦气用途有多广?】
减压剂氦气也被用来加入氧气罐中充当减压剂。潜水员在海中承受的压力比在陆地上大得多,很容易出现晕眩、耳鸣、呼吸困难的症状,这时候如果从氧气瓶中吸入密度压强大的氧气,会给人体带来很大的危险。
氦气能跟氧气掺和在一块儿,把氧气罐里的压强给降下来,弄出个合适的气密度,这样潜水员就能顺溜地吸进氧气,防止「减压病」出现。
另外,氦气的沸点特低,是零下 268.93℃,得特别接近绝对零度(零下 273.15℃)时才会变成液态,而且不会凝固,所以它在制冷上表现很出色。
医用核磁共振得靠氦气的制冷作用。这核磁共振里得用超导体造影,咱都清楚超导体得在极低温度下才能达到电阻为零的情况。说白了,得让制冷的液氦围着超导体,这样电流就能在超导体里通过,产生强磁场,才能得到内脏器官的高清晰度图像。
航天是火箭发射氦气制冷的又一个重要作用范畴。
氦气能给精准焊接的原料降温、把杂质吹走并封住,免得焊接的地方产生氧化反应
在火箭里,氦气能够操控各种气动阀门以及部件,特别是液氢低温阀门呢。
在航空器飞行或者着陆的过程中,得把氦气当作液态系统的气密剂来使用。
据数据显示,NASA(美国国家航空航天局)每年会耗费上亿立方英尺的氦气。
核反应堆氦气在第三、第四代核电里有应用,它的热导率比二氧化碳高不少,是其的4.5倍呢,输送热量时消耗的功率比除氢气外的其他气体都低得多,这样能让发电时的热能利用效率变高,也能拿来给空气冷却,降低热污染,在冷却水源不够的地方能起到替代的作用。
得说一下,氦气有惰性,能防腐蚀呢,毛主席水晶棺里充的防腐蚀的气体,那就是氦气。
【美国氦气为何能够实现垄断?】
那氦气多重要啊,拿它来让气球飘起来,是不是有点浪费了呢?要知道,这氦气在全球那可都是很受欢迎的气体之一,美国还把氦气划到国家安全材料的名单里去了呢。
得承认,美国在氦气这事儿上还挺特殊的。1903 年的时候,美国从大型油气田里头首次弄出一种「没法点燃」的天然气,之后科学家一分析,才晓得这天然气点不燃是因为里边氦气含量挺高。
后来,美国搞出了分离氦气的技术,成了全球第一个能工业制纯氦的国家,从那以后,全球差不多所有的氦气资源和技术都被美国掌控了。
2020 年,美国产出了 21.5 亿立方公尺(也就是 6100 万立方米)的氦气,在全球产量中占比大约 44%,是世界上氦气产量最高的国家。这样一来,美国不但不会被「氦气荒」难住,而且在国际氦气市场上很有话语权,能通过对进出口的限制,来卡别的国家的「脖子」。
咱中国就是被这影响挺大的一个国家,咱国家的氦气资源在世界上也就占个 2%上下,按国内的需求来算,每年差不多有 95%的氦气得靠进口。
咱对美国氦气的进口量也就大概 26%那样,不过美国氦气价格挺便宜。要是这进口渠道断了,那进口的平均成本不但会涨,还会给咱国内需要氦气的各个行业带来麻烦。
当下,中国进口的氦气量持续连年上升,平均增长幅度在 15%上下。同时,氦气进口价格也不停上涨,2018 年上半年,氦气平均价格是 48.9 美元/公斤,2019 年同期涨到了 56.9 美元/公斤,年度涨幅为 16.36%;2020 年,氦气平均进口价格更是到了 82.2 美元/公斤,年度涨幅达 44%。
这虽说跟 2020 年的疫情有点关联,可背后肯定也有美国在人为抬高价格。而且,咱不但进口价格被卡着,就连氦气制造的技术也受到了影响。
上个世纪,德国被美国的氦气「拿捏」住了,只好把氦气飞艇换成氢气飞艇,结果引发了爆炸,这也让飞艇产业没落了。咱想想,要是我国在半导体、航天领域被「氦气」制裁了,那后果得比德国严重多少啊?
跟美国一比,中国可没这好运气,那咱能不能靠人的努力,打破美国对氦气的垄断,改变这危险的资源状况呢?
【如何实现「自立行走」?】
我国天然气中的氦气含量很少,这样的先天缺陷很难改变;但从2020起,中国科学院理化技术研究所的一个小组发现,中国可以从天然气的废料当中提取氦气,这一旦成功,能够成为我国氦气产业的「翻盘」,同年7月,中国首座大型氦气厂在宁夏盐池县正式运营。
从废料中能生产的氦气有多少呢?不多,年产量仅仅只有20吨左右,和每年4300多吨的需求量存在很大差距。
但这仅仅是一座工厂的产量,如果中国可以建立几百座类似的工厂,我们想要实现「自力更生」并非难事。
除此之外,生产氦气的是「天然气废料」,材料成本几乎等于0,而一座工厂的建设成本预计在3000万~5000万人民币之间,并不算特别昂贵,而且可以长期使用,性价比来说和进口氦气「有的一拼」,随着时间越来越长,还能收回越来越多的成本。
不仅如此,中国在探月领域也走在全球前沿,在未来,中国将有机会开采月球上的氦资源。而月球上的氦含量远远高于地球,预计有100万吨氦-3附着在月球表层。
氦 - 3 跟氦气不一样,不过它可是很了不起的未来新型能源呢,还比当下常用的核电材料更安全。月球上氦 - 3 的总储量能让人类用上 700 年呢。
当然啦,这不过是个美好的想法。当下最要紧的是把现有的氦资源基础设施建设好,达到最高效率的利用,起码得让我国在高、精、尖领域不被「卡脖子」,这样中国的发展才能稳稳地向前迈一步。
要是美国想跟中国打资源战争,那可得掂量掂量。要知道,中国可是握着全球一半的稀土资源呢,这能让美国得多琢磨琢磨。在国际上,在资源这块儿,只有合作共赢那才是正事儿!