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我國(guó)是個(gè)資源大國(guó)，廣袤的土地上蘊(yùn)含眾多令世界各國(guó)渴求的稀有資源。不過(guò)，我國(guó)卻是一個(gè)貧氦大國(guó)，95%以上的氦氣都依賴于進(jìn)口，這一分量過(guò)于龐大。而且，大部分氦氣都來(lái)自于和我國(guó)摩擦不斷的美國(guó)，面對(duì)日益增長(zhǎng)的氦氣需求，這成了我國(guó)又一“卡脖子”難題。不過(guò)是區(qū)區(qū)氦氣為什么會(huì)被美國(guó)卡脖子？我國(guó)又是如何解決氦氣資源稀缺問(wèn)題的呢？其他領(lǐng)域的卡脖子問(wèn)題又該如何解決？

氦氣是什么？

氦氣是一種無(wú)色無(wú)味的惰性氣體，排在元素周期表中稀有氣體的第一位，大部分在宇宙大爆炸時(shí)期形成，整個(gè)宇宙中，氦的質(zhì)量占23%，是全宇宙含量排名第二的元素。氦在一般狀態(tài)下不會(huì)和其他物質(zhì)反應(yīng)，哪怕將它和水放在一起，也很難溶解進(jìn)去。20℃時(shí)，每升水只能被溶解8.61毫升的氦。

正是由于氦的化學(xué)性質(zhì)不活潑，所以它經(jīng)常被作為防腐的材料。在所有元素中，氦的沸點(diǎn)最低，只有4.22K，所以它經(jīng)常以氣體的形式存在。

氦氣

想要讓氦氣變成液態(tài)或者固態(tài)，不僅僅需要改變它的溫度，還要對(duì)其進(jìn)行加壓。最神奇的是，當(dāng)液氦溫度低于-271℃時(shí)，它的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，成為一種超流體。超流體下的氦導(dǎo)熱性極高，是銅的800倍，而且它還能穿透很多常見(jiàn)材料，比如玻璃、橡膠等材質(zhì)。而且氦的密度很小，質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于空氣，并且有著不易燃的特性，因此，氦也成為了很多高精尖技術(shù)行業(yè)的必需品之一。

高純氦

氦氣的用途

氦氣存在于很多常見(jiàn)物品中，比如氫氣球、溫度計(jì)、燈泡、霓虹燈等物品。有人問(wèn)氫氣球不是靠氫氣升空的嗎？關(guān)氦氣什么事？

其實(shí)因?yàn)闅錃庖兹家妆?，所以存在極大的安全隱患，所以我國(guó)從很早以前起就明令禁止了氫氣填充氣球，改為不易燃的氦氣。但因?yàn)榇蠹伊?xí)慣稱呼為氫氣球，所以沒(méi)有改口為氦氣球。氦氣也被很多潛水愛(ài)好者熟知。因?yàn)楹鈺?huì)混合在氧氣中，然后被注入氣瓶供潛水員在水下呼吸時(shí)使用。

我國(guó)早就明令禁止了氫氣填充氣球這樣就可以減少潛水員的呼吸阻力，還能消除氮麻醉，延長(zhǎng)潛水員在水下的時(shí)間，還能防止?jié)撍畣T患上減壓病。氣體形態(tài)下的氦也被醫(yī)療行業(yè)廣泛使用，常常用于治療氣喘和喘息，氬氦刀還能用來(lái)治療癌癥。液體形態(tài)下的氦在工業(yè)上用途更廣，可以當(dāng)作冷卻劑和制冷劑。

超流體形態(tài)下的氦可以用來(lái)制作超導(dǎo)材料。除此之外，原子反應(yīng)堆、航天加速器、金屬冶煉等行業(yè)，到處都有它的身影。

潛水員潛水也會(huì)使用到氦氣

為什么會(huì)被美國(guó)卡脖子？

氦氣也被人稱之為“黃金氣體”，是航空航天事業(yè)、半導(dǎo)體制造業(yè)、低溫超導(dǎo)行業(yè)等領(lǐng)域中不可忽缺的角色。隨著氦的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，需求量也非常大。雖然氦元素在宇宙中的含量位居第二，但是氦在陸地上的儲(chǔ)存量并不算多，再加上氦的用途范圍極廣，但天然生成速度很慢，再加上它很容易逸散在空氣之中，所以氦資源日益短缺。目前地球上的氦氣資源共計(jì)大約519億立方米，美國(guó)的氦儲(chǔ)量占全球氦儲(chǔ)量的40%，全球排名第一，俄羅斯的氦儲(chǔ)量占全球氦儲(chǔ)量的8%，但我國(guó)的氦儲(chǔ)量?jī)H占2%。宇宙中氦元素的含量在排在前幾名而我國(guó)每年氦氣消耗量高達(dá)2200萬(wàn)立方米以上，所以絕大多數(shù)氦氣都依靠進(jìn)口。雖然美國(guó)氦儲(chǔ)量不少，但他們?cè)缭?917年就開(kāi)始制定氦資源的相關(guān)法律，并且成立了聯(lián)邦氦項(xiàng)目。

同時(shí)不斷修訂和完善有關(guān)制度，保證氦氣資源的有效控制。雖然美國(guó)成為了世界上最大的氦氣出口國(guó)，但他們對(duì)氦氣的控制還是非常嚴(yán)謹(jǐn)，甚至在2018年甚至將氦氣列入危機(jī)礦中之一。而且美國(guó)因?yàn)槿ツ旯I(yè)產(chǎn)量下降，所以2020年的氦氣產(chǎn)量下降了17%，出口量也因此受到一定影響。所以氦的價(jià)格也一漲再漲，據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道：2020年氦氣進(jìn)口價(jià)格每噸為8.22萬(wàn)美元，年增44％。而我國(guó)是用氦大國(guó)，也是貧氦大國(guó)，每年有著2200萬(wàn)立方米的需求量。

我國(guó)是用氦大國(guó)，但由于氦儲(chǔ)量太低，所以95%的氦都來(lái)自于進(jìn)口，更讓人擔(dān)心的是，隨著需求用量的不斷增加，氦進(jìn)口的數(shù)量也在逐年增大。有人說(shuō)，雖然美國(guó)氦儲(chǔ)量全球第一，但別的國(guó)家也有氦，我們可以從其他國(guó)家進(jìn)口啊。美國(guó)擁有大量氦氣完全是地域優(yōu)勢(shì)，他們身處的地區(qū)板塊更為穩(wěn)定，所以大量氦氣被封存。再加上他們有開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)存的實(shí)力，所以才成為了氦氣第一大出口國(guó)，世界上目前只有美國(guó)、卡達(dá)、俄羅斯等國(guó)家在出口氦氣。

美國(guó)是氦氣第一大出口國(guó)

原本地處中東地區(qū)的國(guó)家卡塔爾就曾被很多人寄予厚望，但是卡塔爾雖然有一定量的氦儲(chǔ)量，但是關(guān)鍵的氣體制備技術(shù)仍然被美國(guó)掌控。而且價(jià)格受戰(zhàn)亂和技術(shù)條件等因素影響，卡塔爾氦氣的價(jià)格也比美國(guó)氦氣的價(jià)格更高。這就導(dǎo)致我國(guó)氦氣進(jìn)口依然主要依賴美國(guó)。氦氣資源作為緊缺的資源，一旦完全停止進(jìn)口，將會(huì)對(duì)我國(guó)各行各業(yè)造成沖擊性影響，所以解決氦氣資源緊張問(wèn)題迫在眉睫。那我國(guó)又該如何解決這一問(wèn)題呢？

卡塔爾也有一定的氦儲(chǔ)量如何應(yīng)對(duì)氦氣過(guò)度依賴問(wèn)題？

為了防止氦氣資源被美國(guó)卡脖子，我國(guó)調(diào)整了氦氣進(jìn)口結(jié)構(gòu)，避免“把雞蛋放在同一個(gè)籃子里“。2019年上半年，我國(guó)進(jìn)口的氦氣中：13%來(lái)自澳大利亞，26%來(lái)自美國(guó)，61%來(lái)自卡塔爾。但卡塔爾進(jìn)口價(jià)格比美國(guó)價(jià)格高，而且卡塔爾的技術(shù)依賴美國(guó)，所以我國(guó)氦氣進(jìn)口局勢(shì)依然嚴(yán)峻。我國(guó)也有氦氣存在，大部分都在我國(guó)中西部盆地、東部部分含有盆地以及部分溫泉中。但是我國(guó)氦氣田中的氦含量很低，所以每年的氦產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠使用所需。

卡塔爾也有一定的氦儲(chǔ)量

為了實(shí)現(xiàn)“氦氣自由”，我國(guó)也嘗試著從多個(gè)渠道制備氦氣。有人說(shuō)氦氣不是會(huì)逸散到空氣中嗎？把它從空氣中“揪出來(lái)”不就好了。但提取氦氣可沒(méi)這么簡(jiǎn)單。氦氣在空氣中的含量少得可憐，可能捕捉了半座城的空氣還提煉不到一塊磚的量，所以這個(gè)想法顯然不現(xiàn)實(shí)。但是氦氣也在天然氣中存在，所以我國(guó)使用多種方法提取氦氣。比如“空分法”“氦液法”“低溫液化分流”等方法，雖然前兩種提取方法提取出的氦氣純度高達(dá)99.99%，但是工藝繁瑣，成本極高，所以最常用的方法是“低溫液化分流法”。低溫液化分流法使用到的部分裝置從天然氣中提取氦氣。使用這種方法提取天然氣的前提是，天然氣的中氦含量要在0.5%以上，其次要進(jìn)行多種工序，重復(fù)液化分流，將氦氣一點(diǎn)點(diǎn)從天然氣中“過(guò)濾”出來(lái)，最后才能得到所需的純氦。

2020年，我國(guó)的一家公司通過(guò)創(chuàng)新式的“閃蒸汽提氦法”，從天然氣的廢料中進(jìn)行氦氣提取，而且大獲成功。更重要的是，提氦裝置也是我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)。

此前我國(guó)在寧夏啟動(dòng)的“BOG（閃蒸氣）提氦裝置示范”每小時(shí)能產(chǎn)出40升液氦，雖然年產(chǎn)量?jī)H有20噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及我國(guó)的需求量，但它的出現(xiàn)證明我們可以不絕對(duì)依賴進(jìn)口，避免受制于人的局面出現(xiàn)。

閃蒸汽提氦法原理示意圖

目前，我國(guó)具備提氦基本條件的工廠大約有30個(gè)，如果此項(xiàng)技術(shù)推廣落實(shí)，我國(guó)的氦氣年產(chǎn)量就能達(dá)到300萬(wàn)立方米，氦氣的進(jìn)口依賴程度將幅度降低，我國(guó)的卡脖子難題也將被有效解決。

網(wǎng)上流傳著這樣的一個(gè)段子：百年后的科學(xué)家如果知道氦氣被我們拿來(lái)充氣球，不知道要心疼成什么樣子。氦氣作為日益短缺的資源之一，節(jié)約使用也是我們需要重視的一個(gè)問(wèn)題。

比如減少不必要的浪費(fèi)，或者用其他元素代替氦元素。工業(yè)方面，加大對(duì)氦氣的回收利用，保證氦氣資源使用價(jià)值的最大化。

醫(yī)療方面，飛利浦最新研制了以中無(wú)液氦的核磁共振儀，優(yōu)化液氦使用過(guò)程，有效降低了使用過(guò)程中逸散造成的浪費(fèi)。除了氦氣進(jìn)口卡脖子以外，我國(guó)在很多領(lǐng)域依然存在卡脖子問(wèn)題，這些問(wèn)題又該如何解決？

我國(guó)一部分工廠具有提氦能力中國(guó)如何攻堅(jiān)“卡脖子難題”？

我們?cè)趪?guó)際6位數(shù)編碼的貿(mào)易產(chǎn)品類別中選擇在剩余與制造業(yè)高度相關(guān)的3146種中間品和資本品中進(jìn)行類別研究。基于中國(guó)對(duì)每一種進(jìn)口產(chǎn)品的依賴度估算（以每項(xiàng)產(chǎn)品貿(mào)易進(jìn)口額和該產(chǎn)品在主要出口國(guó)的市場(chǎng)占有率進(jìn)行估計(jì)），發(fā)現(xiàn)共有88種中國(guó)高度依賴的進(jìn)口產(chǎn)品（中位數(shù)依賴度水平為78.9%）。這88種產(chǎn)品均分布于中高端價(jià)值鏈上。

中國(guó)是一個(gè)進(jìn)口大國(guó)為了打破卡脖子僵局，我國(guó)通過(guò)多種方式破解難題。一方面加大資金支持，為卡脖子技術(shù)提供資金保障。從財(cái)政撥款、金融機(jī)構(gòu)以及社會(huì)組織多個(gè)方面發(fā)力，確保項(xiàng)目研究能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定。另一方面，優(yōu)化科研布局，將卡脖子技術(shù)“清單化”，將卡脖子難題作為研發(fā)的重中之重，確保不留科研死角。還有就是培養(yǎng)良好的科研生態(tài)環(huán)境，建立良好的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)科研人員做好研究工作。

我國(guó)本身有著全世界最大的數(shù)據(jù)圈、龐大的人力資本和市場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，雖然在部分高精尖產(chǎn)業(yè)依然沒(méi)能打破壟斷壁壘，但是相信在不久的將來(lái)，我們一定不斷攻破各項(xiàng)卡脖子難題。

結(jié)論氦氣資源的重要性不言而喻，氦氣資源緊缺仍然是我國(guó)的一大難題。如何不被美國(guó)“卡脖子“想辦法調(diào)整進(jìn)口比例結(jié)構(gòu)，如何節(jié)約氦氣等方法知識(shí)只是表象的辦法。而究其根本，我們一定要有徹底破除氦資源的辦法，才能不被受制于人。早在幾年前，國(guó)家就提出了攻堅(jiān)卡脖子難題，這就說(shuō)明我們對(duì)卡脖子問(wèn)題早就重視起來(lái)了。經(jīng)過(guò)這幾年的飛速發(fā)展，問(wèn)題已經(jīng)逐步被解決，相信在不久的將來(lái)，我們一定會(huì)用堅(jiān)定的決心、頑強(qiáng)的意志展示出真正的中國(guó)技術(shù)，用“中國(guó)智造”向全世界交上最漂亮的答卷。