擺脫美壟斷！陸研發自煤層氣中提取氦氣
2020年7月23日，長征五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務「天問一號」探測器成功發射升空並送入預定軌道。中國每年的氦氣使用量超4300噸，其中就包括了用於泵送火箭燃料。（新華社）
據觀察者網報導，氦氣是一種稀有的戰略資源，被廣泛用於醫療和高科技行業，包括半導體和量子計算機。中國科學院理化技術研究所過去曾指出，氦氣是一種關係國家安全、高新產業發展和民生健康的重要戰略性資源，國內使用氦氣幾乎全部依賴於進口，資源安全形勢非常嚴峻。
據香港《南華早報》10月14日報導，近年來，中國一直在謹慎地減少對於美國的氦氣依賴，正悄悄擺脫美國對於氦氣的壟斷控制，隨着實施包括多樣化海外供應和利用科技突破增加國內生產產量等一系列舉措，專家們表示，這一策略正在發揮作用。
「如果中國面臨氦氣短缺，對科技的影響將是巨大的，因爲在許多領域，氦氣難以替代。」在柏林和北京都設有辦事處的研究諮詢公司Sinolytics的管理合夥人約斯特·維貝克（Jost Wuebbeke）指出，過去很長一段時間，中國的氦氣大部分依賴於美國。
重點研究中國經濟和產業政策的維貝克表示，但現在，如果美國試圖在與中國的科技競爭中利用氦氣作爲槓桿，潛在影響將是微不足道的。據他觀察，目前，美國佔中國氦氣進口的比例不到5％，而卡達佔近90％，越來越多的氦氣也來自於俄羅斯，俄羅斯正在擴大其產能。
《南華早報》此前曾援引研究人員的話指出，需要注意的是，中國在未來幾年仍將依賴於美國的氦氣供應，雖然近年來卡達和澳洲等國也提高了產量，但這些國家的設備大多是美國所擁有或控制，美國仍有出手制裁和「卡脖子」的可能性，而像俄羅斯也生產氦氣，但供應量還無法滿足中國的需求。
在日常生產製造中，氦氣的用途廣且重要性強，無論是在長征五號火箭中作爲燃料的壓送劑和增壓劑，還是在焊接中作爲保護氣體，亦或是爲製造電子晶片創造所需的「超淨環境」，這些場景中都離不開氦氣。
東吳證券在2022年6月發佈的一份報告中指出，國外對於氦氣資源的保護與戰略儲備的重視已由來已久。全球氦氣產量集中度高，前三大產氣國美國、卡達、阿爾及利亞等氦氣壟斷國家，對於氦氣及制氦設備出口有明確限制。與此同時，中國對氦氣的進口依賴度極高，優質氣田資源亟待開發。
《南華早報》指出，隨着人類社會越來越受到科學技術的驅動，對氦氣的需求正在飆升。氦氣可以被冷卻到接近絕對零度，這使得它對於冷卻量子計算機、磁共振成像掃描儀、聚變反應堆和粒子加速器等尖端設備至關重要。氦氣非常穩定的特性，也使得之在製造電腦計算機晶片和雷射光源等敏感產品方面非常有用。
特別是在半導體行業快速增長的推動下，中國已成爲世界第二大氦氣消費國，2020年至2023年期間，這一消費量增長了7.2％。
全球氦氣總資源量約490億立方米，總儲量約76億立方米，分佈極不均勻，主要分佈在美國、阿爾及利亞、卡達和俄羅斯，其中美國佔世界資源總量的40％以上，儲量佔世界的52％。全球每年氦氣需求量約爲2億立方米，但年產量僅有1.7億立方米，供不應求，長期短缺。
中國每年氦氣需求量約爲1200萬立方米，但勘查開發程度極低，資源量和儲量情況不明，僅四川自貢威遠氣田曾進行提氦利用，年產量約5萬立方米，且至2004年已停產。中國氦氣供應長期依賴從美國進口，資源安全形勢十分嚴峻。
目前，美國不僅擁有世界上三分之一以上的氦儲量，也一直是全球最大的天然氣生產國之一。同時，大多數氦氣又是作爲天然氣的副產品被提取的，美國則擁有全球最大的富氦天然氣田。相比之下，中國也有天然氣，但其中含氦量很少，這就意味着從天然氣中直接提取氦氣的代價太過昂貴，一直無法大規模生產。
在2022年年底發表於國際期刊《環境科學前沿》（Frontiers in Environmental Science）的一篇文章中，有多名中方研究人員當時提醒，一旦美國在氦氣出口上對中國「卡脖子」，中國的氦氣供應將「受到極大限制」。他們補充稱，美國在全球範圍內壟斷了氦氣儲量和最先進的氦氣提取技術。
不過，目前的形勢已經發生重大變化。上個月，中國科學院提名了氦氣提取及相關設備開發方面的成果參評年度科學獎項。有關獎項提名文件指出，這些科學和工程成果，「打破了美國長期以來的壟斷，確保了中國氦氣資源的安全。」
去年，在接受新華社旗下《瞭望》新聞週刊採訪時，中國科學院院士、中國科學院過程工程研究所所長、河南大學校長張鎖江表示，爲應對中國氦氣藏品位低以及提取難度大等問題，他的研究所開發了性能優異的國產化氦氣分離膜材料，並開發出中空纖維氦氣分離膜組件，表現出良好的效果。
事實上，早在2020年7月，中國在寧夏回族自治區的鹽池縣就開設了首座大型氦氣廠。雖然，新工廠和新設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較低，今後可以被廣泛推廣。
對該項目提供支持的中國科學院理化技術研究所的一個研究小組發現，中國天然氣工廠的廢料中含有相當多數量的氦，這可能成爲中國能大規模生產氦氣的關鍵。一名不願透露姓名的科學家表示，該生產方法的成本不便透露，但和進口的成本相比「很有競爭力」。
還有參與該項目的科學家透露，以液氦這種形式爲例，新建成工廠的年產量將達20噸。雖然這一數字和中國目前每年4300多噸的巨大用量還有相當大的差距，但該工廠的建造成本很低，估計在3000萬至5000萬人民幣之間。一旦中國建立數百個類似的設施項目，完全可以實現在氦氣上的「自力更生」，這意味着中國在製造高科技產品的過程中，距離減少甚至擺脫進口氦氣的依賴又更近了一步。
此外，中國還在其他領域取得了突破。《南華早報》介紹稱，中國的研究團隊已着眼於從煤層氣中提取氦氣，全球首個針對煤層氣的高純度氦氣提取廠於2023年在中國投產，爲提高中國的氦氣產量開闢了一條新途徑。
2023年12月，由中國煤炭科工集團煤科院承建的全球首套3.6萬Nm3／d含氦煤層氣提取高純氦氣裝置，在窯街煤電集團甘肅科貝德煤與煤層氣開發技術有限公司實現一次開車成功，順利產出99.999％以上純度的高純氦氣，標誌着我國完全掌握了含氦煤層氣提氦成套工藝及其工程化技術，我國含氦煤層氣提取高純氦氣技術獲得重大突破。
同時，科學家們也在尋找氦氣的替代品，以創造出高科技產業所需的超低溫度。例如，一個包括中國科學院物理學家在內的國際團隊，已發現一種鈷基量子磁性材料，該材料理論上可以在不依賴氦氣的情況下實現超低溫度，這一研究成果已於今年1月發表在經同行評審的《自然》（Nature）雜誌上。
根據中國化工信息中心（CNCIC）今年2月發表的一篇文章介紹，中國的純氦產能在2020年之前相對較低，但在2020年至2023年期間，由於氦氣提取技術的進步，中國的產能大幅擴張。
維貝克提醒，儘管中國爲擴大國內產能作出了努力，2018年至2022年期間的氦氣產量增長了五倍之多，但在中國消費的氦氣中，仍有92％依賴進口。中國化工信息中心也預計，到2028年，中國仍將有約60％的氦氣需求依賴進口。
不過，中國化工信息中心強調，中國的國內氦氣生產可能成爲一個強有力的籌碼，可以用來阻止外國供應商隨意提價和切斷供應。