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中國成功研發高純氦氣提取裝置,純度達99.99%!要擺脫卡脖子了?

2024-02-12科技

中國成功從煤層提取99.999%高純度氦氣

剛開年,中國科技界又傳喜訊,中國首套含氦煤層氣提取高純氦氣裝置順利套用,並且成功提取出 99.999%的高純氦氣 ,這是中國氦氣領域的一次重大突破!

素有 「黃金氣體」 的氦氣,憑借著 低密度、低沸點 等特點,能夠廣泛套用於 航空航天、半導體制造、能源開發、工業發展 等多個領域,是科學技術領域發展不可或缺的戰略性物資。

此次高純度氦氣的提取較之以往有很多不同之處。之前中國全國範圍內的氦氣生產,均是從天然氣中提取,而此次由中國煤科煤科院研發的高純度氦氣裝置則是從 煤層氣 中提取。

該煤層氣所處位置是在窯街煤電集團所屬的 海石灣煤礦 海石灣煤礦的煤層氣是中國為數不多的含氦煤層氣資源。 要知道煤層氣的屬於非常規氣體,所以氣體結構相對天然氣來說是十分復雜的,而海石灣煤礦的煤氣層中還含有二氧化碳,這就讓此次提純任務變得難上加難。

其實早在2021年,中科煤科院就聯合相關煤電企業,對如何能夠在煤層氣中提取高純度氦氣的問題進行了科研攻關。

中科煤科院的專案負責人表示:憑借著中國在氣體提純領域的技術積累,在此基礎上有透過研發實驗,創新性了加入了變壓吸附、膜分離等多項氣體分離關鍵技術,經過不斷的實驗,最終確定了使用 「變壓吸附+膜分離+精制純化」 的方式,來從煤層氣中提取高純度的氦氣。

而且從煤層氣中提取完氦氣以後,剩下的煤層氣也不會因此而浪費,還可以 作為發電原料氣繼續使用 ,既能從中提取到高純度氦氣,又能繼續作為發電原材料,對於煤層氣的利用已經達到了極致,可謂是一舉兩得。

中國煤科院表示,此次突破性的高純度氦氣提取技術,還會利用到從天然氣中提取氦氣的技術中,從而提高天然氣中氦氣的提純濃度,增加中國高純度氦氣的生產途徑, 為中國航空航天、能源發展、高端醫療等領域提供源源不斷的能源支持。

氦氣重要戰略物資地位。

氦氣在全世界範圍內的戰略物資地位都是不可替代的。人類在十七世紀就發現了氦氣的存在。在二十世紀初的那幾十年裏,全世界的國家都在尋找氦氣,因為當時各個國家都需要氦氣來 為飛行艇充氣。

隨著時代的發展,氦氣也逐漸被使用到高精尖行業領域。要知道氦氣日常的存在形態多數是 液態 ,而不是固態,由於液態氦的溫度能夠達到 零下269度 ,所以也讓人類對低溫世界有了全新的認知。

氦雖然在宇宙中占據了23%的質素,但是在地球的大氣層中,氦卻只占了 5.2萬分之一 ,濃度十分的低。人們想要提取到氦氣,只能從 天然氣體或者放射性礦物質中 提取。目前世界上的氦氣的 分布區域十分不平均 ,主要分布在 美國、卡塔爾、俄羅斯、加拿大、阿爾及利亞 等國家。且上述五個國家區域內氦氣總含量,占全球氦氣總量的 90% 以上,可見其分布差異之大。

氦氣作為一種稀有氣體,在高新技術產業中有著不可被替代的地位,比如在國防工業領域中,氦氣還是主要套用物質,在 火箭、液體燃料導彈、宇宙飛船 中的多個部份都必須有液態氦的參與,且沒有替代品。所以氦就順理成章的成為了各個國家發展的剛需物質。

從2022年全年來看,市場容量達到了375.14億元。2022年全球氦氣總產量為 520億立方米 ,其中, 美國 的開采量為 206億立方米 ,其次是卡塔爾,中國氦氣的生產量僅為195萬立方米,占全世界總量的2%, 作為氦氣使用大戶 ,中國每年的氦氣產量都供不應求,只能透過 大量進口

目前,人們對月球表面的土壤進行分析研究,在月球土壤中發現了氦的存在,且透過推算, 月球 的地殼表層可能存在 上百萬噸的氦3, 這個含量足夠地球使用上萬年的時間。

由於地球上的氦嚴重匱乏,所以科學家們也在積極開展關於月球土壤中氦3的 開采、提取、運輸 等研究,希望未來,氦3能夠成為常規可用的能源,是人們獲取氦的途徑變得更加多元化,環節地球氦氣開采的壓力。

中國氦氣行業現狀及前景

在全球範圍內,中國對氦氣資源的勘探歷史,相對較短。2022年,中國全年的氦氣開采總量為195萬立方米,占全球生產總量的2%。

作為氦氣使用大戶,中國每年不得不從全球各地進口氦氣,2022年中國分別從卡塔爾、澳洲、美國、阿聯酋及其他歐洲國家進口氦氣 4009.961噸 ,占當年國內氦氣總使用量的95%。可見在中國,氦氣市場確實存在一個巨大的缺口。

在某一領域,如果大範圍依靠進口,那麽國家將在該領域失去部份話語權和主動權 。 前段時間,中美關系再一次陷入緊張的狀態,這一氛圍也震動著國內的氦氣領域。

早些年中國90%以上的氦氣均從美國進口,可是自從關系緊張後,中國不得不轉而 從卡塔爾進口 ,2022年,中國從卡塔爾進口的氦氣 占總進口量的80%

卡塔爾雖然已經成為中國氦氣使用量的主要供應者,但是 卡塔爾的技術和器材卻來源於美國, 這也說明中國在氦氣進口方面仍然會有被卡脖子的風險。

面對如此尷尬的局面,中國也在積極改善國內氦氣生產格局。這次中國煤科院從煤層氣內提取高純度氦氣的成功,也讓中國增加了信心。

著眼於國內的 氦氣儲備領域 ,是對於氦氣含量、資源勘探開采等方面仍然處於模糊的狀態。

要知道美國從1920年就開始進行了氦氣勘探的主要工作,而中國的氦氣勘探歷史僅有五十年。不過近期,中國科學家也針對國內部份地區,尤其是西北地區的含油氣盆地氦氣資源進行了檢測,發現氦氣資源的 成藏基礎條件良好、分布廣泛 ,具有很大的資源開采潛力。

所以在未來, 明確全國範圍內各地區氦氣天然儲備量 以及高純度氦氣提取方式 仍然是主要研究方向。提高對中國氦氣資源分布情況的認知,以此來完成對國內氦氣市場格局的升級。

隨著科技的不斷發展,我們有理由相信,未來的某一天,中國將擺脫氦氣資源進口卡脖子的風險,實作國內 氦氣自由