氦气,银河系第二多物质,含量仅次于氢。但在地球上,这种不可再生资源却非常稀缺。近年来,随着全球氦需求的上涨,氦短缺的消息时有曝出。相比石油、天然气,氦气看似离生活很远,但小到气球充气,大到电子工业、生物医疗、航空航天等领域,都离不开它,是高技术产业发展的基本物资之一。一旦短缺,后果将十分严重。目前,我国氦气高度依赖进口,过去三四年间,氦气价格甚至翻了一倍。
氦主要伴生于天然气或放射性矿石中,也被称为“黄金气体”。过去,氦作为一种化学性质稳定、低密度的惰性气体,主要用作焊接等工艺的保护气和飞艇填充气;科技日新月异,人们发现氦的优良品质在其他应用中也能大放异彩。
随着航天科技的发展,人类又将氦用于燃料增压气和吹扫清洗气;极易扩散的特性使其变成优质检漏气体;凭借良好的导热性能,氦还可用作电子工业晶体生长的传热介质;液氦的温度接近绝对零度,可用作低温冷却剂和制冷剂,实现低温超导和超流体。
氦资源在世界范围内分布不均,据美国地质勘探局估测,美国、阿尔及利亚、卡塔尔、俄罗斯和加拿大拥有全球约92%的氦资源。目前,我国已探明具有一定含氦量的天然气田主要分布于渭河盆地、四川、塔里木盆地等地。但是,仅有少量氦气田实现工业化开发,国产氦的生产规模远不能满足科学技术和经济建设等发展的需求。
氦生产主要采用低温冷凝分离工艺等,经过预处理净化、粗氦制取和纯氦精制三道主要工序,最终得到纯氦。我国在氦生产技术上并不存在不可克服的瓶颈,主要难在高品质氦气田的稀失。一般来说,天然气氦含量达到0.1%以上才在经济上具有提取价值。美国天然气田中氦含量约为0.8%~7.5%,一般氦含量大于0.3%的天然气称为富氦天然气,而目前我国天然气田的氦含量多远低于此。
当前,我国部分高技术产业仍处于国际产业链末端,电子信息产业等高技术产业的高端生产工艺对氦气的需求量很大。随着我国高技术产业升级,对氦气的需求有望进一步增加。除了加强勘探和技术升级,还应该重视氦相关基础研究。目前,人类对氦源的评价参数及氦气释放机制、复杂地质介质中氦的运载机制及控制因素、富氦气藏成藏过程及关键控制因素等并不完全清楚。
近日,“富氦天然气成藏机制及氦资源分布预测技术”被列入“变革性技术关键科学问题”重点专项2021年度项目,相关申报工作已经启动。