氦气有什么用途?,氦气科普知识

20世纪初,美国率先提出要保护氦气资源;

2007年,美国将氦气定位为战略储备资源,掌控着全球的氦气市场;

2021年下半年,氦气市场趋紧,“氦气短缺4.0”时代拉开序幕……

科普丨小小氦气竟有大用途

根据数据显示,目前世界上发现的氦气储量有519亿立方米,并且这些氦气资源分布极不均匀,美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯这四个国家的氦资源就占全球总量约90%,而我国的氦气资源量为11亿立方米,仅占全球总量的2%。但我国每年的氦气需求高达4000多吨,其中95%以上的氦气都依赖于进口。

氦气为什么能成为战略物资?

小知识

战略物资是指对国计民生和国防具有重要作用的物质资料,不仅仅局限于军事方面的物资,还涵盖工业产品、农产品和矿产品。按加工深度,可分为原料、材料、半成品和制成品。

01

天然气中氦气含量不足1%,远低于需求量

我们都知道,现在的氦气大部分来源于天然气中,但常规天然气中氦气的体积浓度在0.0001% – 1 %之间,多数还只含有0.5%。

从天然气中提取氦气,浓度只要达到了0.05%或0.1%的时就才被认为其有工业利用价值。但就算如此,这种程度的含量,提取到的氦气是绝对不够我们的使用需求量的。

02

氦气提取技术难度大,入选中国科协十大工程技术难题

2022年6月27日,在第二十四届中国科协年会闭幕式上,中国化工学会推荐的“如何从低品位含氦天然气中提取氦气?”入选10个工程技术难题。

从天然气中提取工业氦气虽然是目前最为成熟和有效的方法,但是美国借助着天然的地理资源优势,一直掌握着全球的氦气市场,氦气的生产和技术也几乎被美国大量垄断。

我国虽然也有天然气田,但已探明的天然气田中氦气浓度普遍很低,开采难度大,且大多都不具备工业提取价值。

03

受国际局势影响,全球氦气短缺

2007年,美国将氦气核定为战略物资而限制粗氦产量,导致全球液氦价格由原来60~80元/每升,上涨到200多元1升,而如今受到俄罗斯工厂停产及俄乌冲突影响,全球氦气供需偏紧,22年氦气价格大幅度上涨,到目前氦气价格已经涨至400多元1升。

据报道,受氦气短缺影响,哈佛大学物理学家阿米尔·亚科比和菲利普·金关闭了他们实验室约一半的项目;与此同时,加州大学戴维斯分校也报告称,他的氦气供应也被削减了一半的配额,甚至包括用于医疗用途的配额。

04

氦气应用广泛使其稀缺珍贵,甚至被誉为“气体稀土”

氦气是一种稀有气体,在绝对零度的状态下,氦气是唯一一个能够保持液态状态的物质,由于这一特殊性质,让它成为工业应用中无可替代的产品,而它对于很多领域的应用也是不可或缺的存在。

科普丨小小氦气竟有大用途

a、超导体材料

超导体材料是医用磁共振和核磁共振设备的关键,而这些材料在4.2开尔文的温度下才能保持稳定。要想要超导体材料发挥正常功能,就必须被放置在超低温环境中。目前,只有液氦的绝对零可以达到这个条件。

b、航天技术

氦气广泛应用于航空航天和飞机制造业,主要是用氦气净化氢气系统,也可以用作输送液氢,液氧的加压气体的加压气体,还可以做地面和飞行流体系统将其用作增压剂。甚至,氦气还用作气象和其他观测气球的升力源。

c、潜水气体

在潜水领域,氦气可以避免潜水员在上浮的时候,血液中氮气浓度过高而引起的极其难受的“减压症”。具体的使用方法是在潜水气瓶中注入氧气和氦气混合的气体。另外,氦氧混合气能使潜水者在水中更深处停留更长时间。

d、半导体

作为一种惰性气体,氦气几乎不与任何物质反应,这也就使它成为半导体行业的必需品。氦气在半导体芯片中可以实现零部件的快速冷却,从而提高生产率,还能控制热传递速率,以改善生产效率并减少缺陷。

此外,由于化学性质不活泼,氦气还常被作为保护气使用,在汽车及运输设备领域,氦气应用于散热器、换热器、空调组件、燃料箱和变矩器等重要汽车部件的测试。

End

由于氦气的难获取、应用广等因素导致其价比黄金,甚至有专家分析,地球上目前的氦气资源可能只够持续使用200年。总之,像美国这样的超级大国都已早早的将氦气列为重要的战略资源加以保护,不难看出氦气在工业气体中还是占有相当重要的分量的!

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