如果要問(wèn)“工業(yè)血液”是什么？你可能會(huì)想到石油。但在很多高端工業(yè)領(lǐng)域，氦氣才是當(dāng)之無(wú)愧的工業(yè)血液。沒(méi)有它，許多精密儀器無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，航天器可能無(wú)法升空，甚至連手機(jī)芯片制造等重要環(huán)節(jié)都會(huì)受到直接影響。

然而，這種關(guān)乎國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展和安全的關(guān)鍵資源，長(zhǎng)期被少數(shù)國(guó)家壟斷，成為制約我國(guó)高端制造業(yè)發(fā)展的潛在風(fēng)險(xiǎn)。但就在不久前，陜西延安傳來(lái)捷報(bào)，終于讓我們?cè)谶@場(chǎng)至關(guān)重要的資源突圍戰(zhàn)中，看到了斬?cái)嗍`的曙光。

氦氣之重

氦，在元素周期表中位列第二。其珍貴性來(lái)自于幾種與生俱來(lái)的獨(dú)特屬性：

首先，氦的沸點(diǎn)極低，僅為-268.9℃，在此溫度下才會(huì)液化，這使得液態(tài)氦成為眾多尖端設(shè)備獲取超低溫環(huán)境的理想選擇。同時(shí)，它作為惰性氣體性質(zhì)極為穩(wěn)定，幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

其次，氦密度很小，僅次于氫，完全不可燃，安全性極高。而且，它還具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性和極強(qiáng)的滲透性。這些特性結(jié)合在一起，使氦成為諸多高科技領(lǐng)域中不可替代的關(guān)鍵材料。

在醫(yī)療領(lǐng)域，核磁成像儀中用到的超導(dǎo)磁體，必須浸泡在液氦中，以維持低溫環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)作。在更前沿的科研領(lǐng)域中，無(wú)論是量子計(jì)算機(jī)、粒子對(duì)撞機(jī)，還是太空望遠(yuǎn)鏡，所有依賴超導(dǎo)技術(shù)或極端低溫環(huán)境的大型科學(xué)裝置，都離不開(kāi)液氦的支持。

在半導(dǎo)體制造中，芯片生產(chǎn)過(guò)程需要在超高純度保護(hù)氣的環(huán)境下進(jìn)行，以防止精密電路被氧化。具備完美惰性氦氣，成為了最佳選擇。同樣，在火箭燃料加注和航天器焊接過(guò)程中，氦作為保護(hù)氣，確保了操作的安全與可靠。

它甚至還扮演著“質(zhì)檢員”的角色，利用其分子小，滲透性強(qiáng)的特點(diǎn)，去檢測(cè)航天器和核電站管道中微乎其微的泄漏點(diǎn)，這些都是其他氣體難以勝任的。

正因如此，誰(shuí)能夠穩(wěn)定獲取這種“黃金氣體”，誰(shuí)就在一系列尖端科技發(fā)展中掌握了主動(dòng)權(quán)。

壟斷之局

你可能想不到，如今無(wú)比珍貴的氦氣，在最初，竟被當(dāng)作一種無(wú)用的“廢氣”。

1903年，美國(guó)堪薩斯州某油氣田，勘探人員發(fā)現(xiàn)從地下冒出的“天然氣”怎么也點(diǎn)不著。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，他們發(fā)現(xiàn)這種“點(diǎn)不著”的氣體中竟含有12%的“未知惰性物”。這讓指望能源發(fā)財(cái)?shù)娜藗儽陡芯趩省?/p>

然而，科學(xué)視角往往能從“無(wú)用”中發(fā)現(xiàn)大用。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步分析，研究人員發(fā)現(xiàn)那不可燃的“天然氣”中還包括約2%的氦氣。與同樣輕盈卻易燃易爆的氫氣相比，氦氣具有無(wú)可比擬的安全性，尤其適合用于軍事飛艇等設(shè)備。

美國(guó)政府很快意識(shí)到氦氣的戰(zhàn)略價(jià)值，并于1925年頒布《氦氣法案》，將其列為了戰(zhàn)略物資，規(guī)定其出口必須經(jīng)過(guò)多部門(mén)乃至總統(tǒng)批準(zhǔn)。這一政策客觀上迫使其他國(guó)家（如德國(guó)）在飛艇中繼續(xù)使用危險(xiǎn)的氫氣，也為1937年“興登堡號(hào)”空難埋下了伏筆。

進(jìn)入冷戰(zhàn)太空競(jìng)賽時(shí)期，氦氣作為火箭燃料加壓和低溫冷卻關(guān)鍵介質(zhì)，需求急劇上升。1960年，美國(guó)又通過(guò)《氦氣法修正案》，決定建立國(guó)家氦氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備，大規(guī)模收購(gòu)私人企業(yè)提取的氦氣，并將其注入得州一個(gè)巨大的廢棄氣礦中儲(chǔ)存，以備不時(shí)所需。

冷戰(zhàn)結(jié)束后，為降低財(cái)政負(fù)擔(dān)，美國(guó)開(kāi)始向市場(chǎng)大量出售氦氣。這一舉措雖短期內(nèi)壓低了氦價(jià)，卻在無(wú)形中抑制了其他國(guó)家研發(fā)提取技術(shù)的積極性，從而進(jìn)一步鞏固了美國(guó)在市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位。

破局之路

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)占據(jù)了全球氦氣產(chǎn)量的約80%。盡管自2018年起，其氦氣產(chǎn)量有所下降，但美國(guó)至今仍是全球最大的氦氣生產(chǎn)國(guó)之一。更重要的是，從上游的提取與純化技術(shù)，到中游的液化和儲(chǔ)存設(shè)備，核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備仍主要掌握在美國(guó)企業(yè)手中。

相比之下，我國(guó)是典型的“貧氦國(guó)”。國(guó)內(nèi)大多數(shù)天然氣田中氦的含量極低，平均豐度僅在0.03%到0.05%之間。因此，我國(guó)超過(guò)90%的氦氣需長(zhǎng)期依靠進(jìn)口，國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)往往直接牽動(dòng)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)行與科研推進(jìn)。

不過(guò)，這一被動(dòng)局面正在被改寫(xiě)。今年8月，由安徽萬(wàn)瑞冷電科技自主研制的“低溫精制及脫氖裝置”在陜西天然氣提氦項(xiàng)目中通過(guò)驗(yàn)收。該裝置產(chǎn)出的氦氣純度高達(dá)99.99997%，在專業(yè)領(lǐng)域中被稱為“6N9級(jí)”，這意味著每100萬(wàn)個(gè)氣體分子中，雜質(zhì)分子還不到一個(gè)。

更重要的是，它實(shí)現(xiàn)了從我國(guó)特有的低豐度天然氣中穩(wěn)定提取高純氦氣的工程化突破。這其中，最大的技術(shù)難關(guān)之一是“氦氖分離”。氦氣和氖氣是元素周期表上的相鄰元素，在分子層面的性質(zhì)非常接近，傳統(tǒng)的分離方法難以高效地將它們分開(kāi)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出“四階耦合工藝”：首先通過(guò)催化反應(yīng)脫除氫氣，隨后結(jié)合膜分離與變壓吸附技術(shù)清除氮?dú)?、甲烷等主體雜質(zhì)，最終借助超低溫精餾工藝及特制高性能吸附劑實(shí)現(xiàn)氖氣的深度分離與純化，從而成功制得超純氦。

這套裝置每年能夠提取約40萬(wàn)立方米的超純氦，其純度不僅達(dá)到國(guó)際頂尖標(biāo)準(zhǔn)，更實(shí)現(xiàn)了技術(shù)裝備的完全自主化，為我國(guó)氦資源實(shí)現(xiàn)自主可控奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)尾

當(dāng)然，技術(shù)突破是多路徑并行的。除了提純技術(shù)，我國(guó)還在積極探索其他破局之路。比如尋找富氦氣田，從進(jìn)口液化天然氣中提取氦氣，氦氣回收和再利用技術(shù)的發(fā)展等，未來(lái)有望進(jìn)一步減少氦氣對(duì)外依賴，提升資源自主性。

這次資源突圍戰(zhàn)，也證明了中國(guó)人有智慧，有能力攻克最前沿的技術(shù)堡壘。更再次驗(yàn)證了一個(gè)真理：核心技術(shù)買不來(lái)、求不到，唯有自力更生、自主研發(fā)，才能真正把發(fā)展主動(dòng)權(quán)握在自己手中。