中国研发出高纯氦气提取装置，成功产出黄金气体，打破美国垄断

新的一年刚刚开始，中国就传来了一项重大的科技成就。经过中国煤炭科工集团煤科院的多年攻关，我国首套含氦煤层气提取高纯氦气装置近日在甘肃省成功应用，顺利产出了纯度高达99.999%以上的高纯氦气。这一突破标志着我国完全掌握了含氦煤层气提氦成套工艺及其工程化技术，打破了美国等国家在氦气领域的垄断，为我国氦气资源的自主保障和可持续利用开辟了新途径。氦气是一种稀有的惰性气体，被誉为“黄金气体”，在科学研究、医疗、航空航天、工业生产等领域有着广泛的应用。是一种不可或缺的珍贵战略资源。

尽管我国是一个幅员辽阔、资源丰富的国家，但在氦气资源方面却显得十分贫乏，仅占全球氦气储量的2%。我国每年需要消耗4000多吨的氦气，其中超过95%都要依靠从国外进口。而美国则是全球氦气资源的霸主，拥有绝对的优势，控制着氦气的供应和价格。基于氦气的这些特殊性，美国政府早在1917年就开始重点保护氦气资源，后来更是设立"联邦氦项目"，并陆续出台《氦保护条例》和《氦法修正案》，以保证对国防需求的氦供应，同时对氦气的生产、回收、储存和销售进行严格的管理和监督。2018年时，氦气更是被美国列入35种危机矿种，显示出其对氦气的高度重视。不仅仅是美国，俄罗斯也十分重视氦气资源，多年以来，俄罗斯积极推动联邦法律《氦法》与联邦规划《俄罗斯的氦》的制定，不仅将氦气作为重要的战略资源，更是直接限制氦气的出口，以保障自身的利益。

在这样的国际形势下，我国的氦气资源进口面临着巨大的压力和挑战。在2013年之前，中国氦气最大的供应国是美国，尽管后来供应国变为卡塔尔，但卡塔尔的技术和设备基本上都是来自美国，只有得到美国的认可才会进行出口。此外，卡塔尔的氦气价格比美国还要昂贵，如今价格更是一路攀升。中国进口氦气资源的困难可见一斑。而氦气的进口不仅意味着中国需要耗费大量资金，更意味着我们在某种程度上"受制于人"。特别是在当前中美贸易摩擦的情况下，只要美国稍作调整，中国的许多行业就难以正常运转，这对于"高精尖"领域来说无疑是被美国牵制的局面。

如此备受重视的氦气，为何中国如此短缺呢？其实氦气资源并不仅仅是中国短缺，世界范围内的氦气资源都极其短缺，而这则是因为以下的几个原因：其一，氦气在地球上几乎只有一种存在方式，即被封存在地壳里，而地壳本身就是不稳定的，经常发生地壳运动和地质活动，导致封存在地壳中的氦气很难得到保留。其二，氦气的来源非常特殊。氦气主要有三种来源：一是来自宇宙大爆炸的余辉，二是来自恒星中氢核的核聚变，三是来自重核的裂变。而这几种来源方式中，前两者还没有发生在地球上，而地球也只是在形成的初期有着一部分氦气。

其三，氦气的状态很难保存，作为密度很小的气体，在地球大气中，很容易跑到大气层的顶层，消失在宇宙空间中。这也是为什么地球的大气中只有0.0005%的氦气。另外，作为惰性气体，氦气一般以单质气体存在，几乎没有固态或者液态化合物存在。除此之外，氦气溶解度也很差，并不能在水体里得到保存。这样一种既不能存在于地球大气底层，也没有稳定化合物，更不能溶解于水的物质，在地球上只剩下"封存在地壳里"这一种存在方式了。

说到这里，大家可能会比较疑惑，这个氦气到底能用来干什么呢？氦气的应用领域非常广泛，涉及到医疗、半导体、超导实验、金属制造、制冷、尤其是在芯片和航天领域。在芯片生产过程中，需要使用一种名为单晶硅的特定材料。为了生产这种材料，必须将高纯度的多晶硅放入石英坩埚中，并利用加热器将其加热到约1400度。在这样高的温度下，容易发生多种化学反应，因此需要氦气来保护坩埚和硅材料，防止其受到氧化或污染。同理，许多电子组件内部含有敏感的介质，这些介质也需要用氦气来隔绝空气，保持其性能和稳定性。在航天领域，氦气也发挥着至关重要的作用。众所周知，检查发动机的性能是衡量汽车和火箭性能的关键因素之一。在火箭发射过程中，氦气在换热器内被加热到超过400度，然后以每分钟12000转的速度注入燃烧室，为燃料和氧化剂提供压力，从而产生强大的推力。由此可见，氦气的重要性不言而喻。

为了解决这一问题，中国煤炭科工集团煤科院联合窑街煤电集团，从2021年开始，就含氦煤层气提氦技术开展了科研攻关。煤层气作为一种非常规天然气，相较于天然气，其成分更为复杂，提取氦气难度大。尤其针对窑街煤电集团海石湾矿煤层气，同时还含有大量的二氧化碳，分离提氦难上加难。为了克服这一难题，煤科院攻关团队融合变压吸附、膜分离等多项气体分离关键技术，首创“变压吸附+膜分离+精制纯化”的煤层气提氦工艺，攻克了多组分煤层气变压吸附脱碳、浓缩、提氦一体化分离关键技术以及膜分离和高效精制纯化耦合关键技术，氦气纯度从0.1%提高至99.999%以上，最高可达到99.9999%以上，获得了高纯氦气产品，实现了“含氦煤层气制备高纯氦气”工程化放大应用。

历史经验告诫我们，对核心技术的依赖性是一把双刃剑。就拿华为的例子来说，这家中国科技巨头一度因为美国的出口限制而面临巨大的生存挑战，不得不自力更生，突破芯片等关键技术的瓶颈。由此反观氦气问题，虽然目前国际市场上的供应尚未形成实质性的威胁，但成熟的前瞻思维和战略布局是确保未来资源安全的有效途径。所谓"求人不如求己"，从长远来看，中国必须自己掌握氦气提炼技术。只有这样，才能确保在可能出现的情况下不会受制于人。对此，你们怎么认为呢！欢迎大家一键三连，本期内容就到这里了，感谢大家观看。