氦氣調(diào)查:25年后氦氣就會被消耗殆盡

    用氦氣充氣球有什么好處呢？因?yàn)楹�氣的密度小且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，安全性較高但成本較高；用氫氣填充氣球雖然密度小但氣球易燃，易爆，安全性較差。

    氦氣（He）資源處于短缺狀態(tài)。2012年11月，東京迪士尼樂園停售填充氦氣的氣球，而銷售氣體的企業(yè)也紛紛被迫暫停供應(yīng)氦氣。這些情況均是由氦氣難以穩(wěn)定采購造成的。全球氦氣儲量中，可用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的約有70億立方米。如果繼續(xù)按照目前的速度消費(fèi)，25年后氦氣就會被消耗殆盡。如果不大幅減少消費(fèi)量，并趕在枯竭前開發(fā)出新的生產(chǎn)技術(shù)，氦氣很快就會被消耗完。下面是對氦氣進(jìn)行的調(diào)查。

    用于光纖及半導(dǎo)體制造

    氦氣作為工業(yè)氣體的特點(diǎn)是，因其性質(zhì)特殊，所以在很多用途中難以用其他原料替代，而其供給源也有限。從這一意義來說，盡管氦是自然界中含量僅次于氫的元素，但仍與稀土一樣面臨供應(yīng)緊張的危險。

    氦氣的特殊性質(zhì)之一是其沸點(diǎn)約為－269℃，是已知的沸點(diǎn)最低的物質(zhì)。此外氦氣還具有比熱大、導(dǎo)熱率高的特點(diǎn)，可用于冷卻用途。比如，在光纖制造工序中，可用于冷卻熔融成型的玻璃，在半導(dǎo)體制造的濺射工序中，可用于冷卻高溫的硅晶圓。而且，在利用超導(dǎo)線圈的MRI（核磁共振成像）設(shè)備及MEG（腦磁儀）等醫(yī)療設(shè)備中，氦氣也不可或缺。另外，氦氣的分子量較小，而且與氫氣不同，具有惰性，十分穩(wěn)定，因此填充到氣球中也很安全。此外其分子直徑也很小，因此還廣泛用于氣密性檢查方面的用途。此外，吸入氦氣后，人的聲音還會變成和“唐老鴨”一樣，這是因?yàn)槁曇粼?strong>氦氣環(huán)境下比在空氣中傳播速度更快。

    如果僅以冷卻為目的，可用氮?dú)馓娲�氦氣，如果僅作為惰性氣體利用，可用氬氣代替。不過，在利用氦氣多種特性的光纖及半導(dǎo)體制造等用途中，卻很難有其他替代原料。

    無法從空氣中提取

    氦氣通常是從含量比例較高的天然氣中提取。雖然天然氣田為數(shù)眾多，但能開采出氦氣的氣田沒有大幅增加的傾向。原因是，能夠以合算的成本提取氦的氣田有限。最近大力開采的頁巖氣田也無法提取氦氣。另外，以前市場投放量較寬裕的庫存也開始見底。身為主要生產(chǎn)國的美國在1960年代將氦氣作為軍用戰(zhàn)略物質(zhì)大量儲備，之后美國轉(zhuǎn)變方針，從1990年代開始長期向民間提供，但這也將在2015年結(jié)束。

    由于氦氣難以被其他氣體替代，因此存在穩(wěn)定的需求，新興市場國家的需求在不斷增加，而氦氣的供應(yīng)卻一直處于有限的狀態(tài)，尤其是2000年代后半期起，陷入了供求關(guān)系結(jié)構(gòu)性吃緊狀態(tài)。在這種情況下，主力生產(chǎn)工廠的定期維護(hù)時間拉長，導(dǎo)致2012年11～12月陷入氦氣嚴(yán)重供應(yīng)不足的狀況。另外，這一時期之前，頁巖氣開采增加，天然氣需求隨之下降，也是影響因素之一。

    利用氦氣循環(huán)裝置使消費(fèi)量減至1/100

    氦氣用戶也開始采取大幅減少消費(fèi)量的手段。東京大學(xué)研究生院新領(lǐng)域創(chuàng)成科學(xué)研究科教授武田常廣為了使用MEG開展研究，使用了由其本人擔(dān)任董事長的風(fēng)險企業(yè)FTI（Frontier Technology Institute Inc.）開發(fā)的氦氣循環(huán)裝置。該裝置只有對嵌入循環(huán)裝置的冷卻裝置進(jìn)行每年一次的維護(hù)時才需要加入氦氣。FTI為該循環(huán)裝置新開發(fā)了濾網(wǎng)，可以去除造成冷卻裝置堵塞的雜質(zhì)，大幅延長了維護(hù)周期。并且還新開發(fā)了隔熱管，這樣一來，即使為防止給MEG帶來噪聲而將冷卻裝置設(shè)置在距離MEG數(shù)米遠(yuǎn)的場所時，運(yùn)送氦氣時其溫度幾乎不會上升。據(jù)稱，采用該循環(huán)裝置可使氦氣的消費(fèi)量減少到使用一次性制冷劑時的1/100。

    數(shù)十年后，有望出現(xiàn)新的氦氣生產(chǎn)技術(shù)。其中之一就是從含有微量氦氣的空氣中提取氦氣的方法。大氣中的氦氣濃度只有0.0005％左右，大幅低于天然氣中的氦氣濃度（目前的盈虧平衡點(diǎn)為0.3％以上）。目前從空氣提取氦氣的方法在成本上不合算，未能實(shí)用化。另外還有一種利用核合成反應(yīng)來生產(chǎn)氦氣的方法。核合成法實(shí)用化后，就會以副產(chǎn)物形式生成氦氣。不過，與制造出的能源相比，生成的氦氣較少，可能不適合大量生產(chǎn)氦氣的目的。因此，今后還需要開發(fā)新的技術(shù)，使工序比現(xiàn)有提取方法復(fù)雜的新方法降低成本。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）

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