如何在資源稟賦不佔優勢的情況下，實現關鍵資源的自主可控？氦氣產業的發展路徑為我們提供了一個富有啟示性的案例。
在半導體、航天、醫療等高階產業中極其重要的氦氣，在過去一個世紀中，無論產能還是提取技術幾乎全被美國壟斷。氦氣基本是作為天然氣的副產品提取，因此這是一個非常依賴天然氣儲量的資源，中國資源量僅為全球的2%，將近95%的氦氣消費依賴進口。在地緣政治的緊張時期，氦氣斷供已成為制約中國高新技術產業發展的一大“潛在瓶頸”。
不過在過去十年裡，中國對進口氦氣的依賴程度，從原來的95%下降到了85%。雖然10%的降幅看上去不大，但這更多是因為資源稟賦的先天限制。由於攻克了LNG-BOG提氦技術，中國更大進步不在於本土產量的提升，更能夠向海外輸出先進產能，讓俄羅斯等被美國製裁的國家恢復生產能力，以互利共贏的方式構建一個不被美國控制的國際產業鏈。中國透過科技創新破解資源依賴困局的努力，也在重新塑造全球氦氣的產業格局…
被美國壟斷將近百年
1903年，在堪薩斯州的一次油井作業中，工人們意外發現了一個無法燃燒的“氣體噴泉”。
雖然這一結果讓滿懷“發財夢”的市長和居民們感到氣餒，但卻意外引起了當地科學家的注意。經過測量發現，這些氣體中含有72%的氮、15%的甲烷、1%的氫、以及12%的“未知惰性殘留物”。
學者將氣體樣本帶回了大學，又經過一年多的研究，學者驚訝地發現，樣本中的氦含量居然達到了驚人的1.84%
氦是元素週期表中排名第二的元素，是一種十分稀有的惰性氣體，無色、無味、無毒且不可燃。人類對氦氣的發現和利用非常晚，直到1895年，才有瑞典化學家透過加熱鈾礦石成功分離出氦氣，首次確認了氦氣在地球上的存在。
地球上的絕大多數氦氣，都是透過鈾、釷等其他放射性元素衰變產生的，這一過程往往需要數千年。由於氦氣的重量很輕，且難以與其他元素結合，多數氦氣最終都會從大氣中溢位並逃逸到太空中，在自然界中很難發現天然的氦氣資源。
學者的發現迅速引起了美國政府的重視，美國政府意識到，這是一種和氫氣擁有同等舉升力，並且還不會燃燒爆炸、更加安全的氣體，在軍事和航空中將有十分廣泛的用途。1917年，美國政府撥款10萬美元，用於開發從天然氣中提取氦氣的技術，並建立了多個實驗性工廠，生產用於氣球和飛艇的升空氣體。
1925年，美國透過《氦氣保護法案》（Helium Act of 1925），授權政府管理和利用氦氣資源，建立聯邦氦氣儲備保障國防和商業航空的需求，並將氦氣列為“國家戰略物資”，嚴格限制氦氣出口，只允許出口美國國內用不了的氦氣，並且要得到商務部、內政部、國務院、戰爭部（1947年解散）、海軍和總統的一致同意。
美國對氦氣的出口管制導致其他國家無法獲得更安全的氣體，不得不使用氫氣作為飛艇的填充氣體，這被認為是導致1937年興登堡飛艇災難的原因之一
自此，美國便長期壟斷了全世界的氦氣資源，直到1960年，美國都是世界唯一的氦氣生產國。
二戰結束後，氦氣在軍事、科學等領域的應用變得更加廣泛。美國海軍利用氦氣填充氣球，進行反潛作戰和空中早期預警任務，填補雷達網路間的空白。此外由於其極低的沸點和不與火箭燃料發生化學反應的特點，氦氣也成為了理想的冷卻劑和保護氣體，被用於火箭的製造。
1960年，為應對國內的氦氣短缺，美國進一步出臺了《氦氣法修正案》（The Helium Act Amendments of 1960），規定所有氦氣只能賣給美國政府，並授權政府以固定價格從私人來源購買氦氣，同時成立了國家氦氣儲備庫(Federal Helium Reserve，FHR)，並在國內建造了大量氦氣儲備裝置，以確保在太空競賽和冷戰期間作為冷卻劑供應液態氦氣，用於製造氧/氫火箭燃料等用途，併為和平時期的商業活動提供服務。
作為最早在自然界中發現氦氣資源，並意識到氦氣重要性的國家，美國利用其早期技術積累和豐富的已探明資源，幾乎壟斷了全世界的氦氣供應。在冷戰結束後，龐大的氦氣庫存對美國財政造成了巨大的負擔，美國政府開始逐步出售其氦氣儲備，但時至今日，美國依然對全球氦氣產業鏈擁有“說一不二”的巨大影響力。
95%需要進口
隨著科技水平進步，氦氣的作用已經遠遠不止給氣球充氣，其在醫療成像、航天工程以及半導體制造業等高科技領域中扮演著至關重要的角色。
在核磁共振成像（MRI）技術裡，氦氣被用於超導磁體的冷卻，確保裝置能夠穩定執行並提供清晰的醫學影像；而在半導體制造過程中，氦氣不僅作為保護氣體防止材料表面汙染或氧化，還在高溫處理環節中起到高效熱傳導的作用，保障生產流程的連續性和產品質量。此外，每年NASA都要消耗大量的氦氣，進行空間探索任務。
中國各行業氦氣使用情況，受控氣氛包括光纖、半導體、光伏等，低溫應用包括核磁共振、低溫超導、國防軍事、大科學研究等。
隨著國防建設和高新技術產業的加速發展，全球對氦氣的需求正以年均5%的速度攀升，呈現出供不應求的局面。尤其是在中國，由於中國正大力推動半導體等高新技術的發展，自2012年至2022年，氦氣的需求量從500萬立方米激增至約2200萬立方米，複合年增長率達到了驚人的14%，需求十分巨大。
然而，氦氣資源的分佈並不均衡。
由於歷史原因，美國掌握了世界上絕大多數的氦氣資源、儲量和產量，並且在世界氦氣產業鏈中掌握了絕對的話語權。據美國地質調查局（USGS）的調查資料，截至2021年底，美國仍控制了全球35%的氦氣資源量，全球71%的氦氣庫存量與48%的氦氣產量。而在2012年之前，美國更是第一家獨佔了全球近80%的氦氣產量，即使近年來因儲量下降導致供應有所減少，但仍是世界上第一的氦氣資源國。
全球氦氣資源量、儲量、產量情況 資料來源：USGS
與此形成鮮明對比的是，中國雖為氦氣消費大國，卻幾乎不具備氦氣資源，國內氦氣需求量約佔世界總量的14%，而自身資源儲備僅佔世界總量的2%左右，而中國氦氣產能更是隻有全球的約0.63%，遠無法滿足國內的需求。每年，中國都需要從海外進口大量的氦氣，氦氣進口量佔據了總消費量的95%，國產氦氣比例僅為5%。
全球氦氣產業鏈極為複雜，從上游的天然氣田中開採、提取和純化精煉氦氣開始，到最終將液氦安全地儲存在特製的ISO液氦冷箱，並透過嚴苛的技術手段在每個儲運環節進行監測和控制，確保氣體的質量與安全，整個過程需要高度的專業技術和嚴格的操作規範。但由於這些環節門檻極高，只有少數企業能掌握，並且基本來自美國。在全球十大高純氦氣供應商中，美國資本控股企業超過半數，在十大氦氣壓縮機生產商中，美企同樣佔據了半壁江山。從氦氣中游的儲運到下游的銷售，整個環節基本是被少數幾家外資氣體公司壟斷的。
2018年，美國政府將氦氣列入至關重要的35種資源目錄，要求所有的中國企業在進口氦氣時，都必須在合同中寫明“不得用於軍事用途”。由於全球氦氣市場貨源地和渠道商高度集中，國際氦氣供應在事實上實行的是“配給制度”，由林德（Linde）、液化空氣（Air Liquide）、空氣化工（Air Products and Chemicals，Ins.）等國際氣體公司按照長期協議進行額度分配。全世界除俄羅斯外，其他國家的氦氣資源分配話語權也基本由美國資本所掌握。
為了防止中國掌握相關技術，歐美髮達國家對中國相關氦氣製備裝置有明確的限制。美國商務部制定的《出口管理條例》中明確規定，20K以下製冷機及核心部件禁止出口中國。日本從2015開始也禁止冷壓縮機出口中國，歐盟方面也有類似的規定，要求低溫裝置對中國出口必須報終端使用者，且裝置賣方有現場檢查權和否決權，並且近年來禁止中國相關公司參觀其工廠。
由於西方國家長期對我國氦氣產業實施技術封鎖，中國氦氣產業在過去一直是處於有“業”而無“鏈”的狀態，相關的技術、裝備都非常不完善。任何氣源地產能、地緣政治、海運設施、天氣因素、海關政策等因素的細微變動，都有可能經過層層傳導，導致全球氦氣市場供應出現劇烈波動。自2006年以來，全球氦氣市場已經出現了4次氦氣“大短缺”，對我國產業鏈安全造成了巨大的負面影響。
2021年7月，美國土地管理局下屬大型氦濃縮廠開始了為期4個月的檢修，氦氣供應市場開始出現了緊張情緒。2022年2至3月，卡達實施氦氣工廠維護，減少產量，加之2022年2月開始的俄烏衝突導致俄羅斯阿穆爾氣源地供氣延遲，進一步加劇了供應緊張形勢，導致國內氦氣進口價格明顯上漲。
2000年以來全球各地區氦氣進口價格趨勢 資料來源：AKAP ENERGY
由於美國壟斷了世界上的大部分氦氣資源，且供應鏈也基本被美國資本所掌控，中國相關產業的氦氣庫存量通常只能維持其1至2個月左右的使用量。一旦美國決定將氦氣作為戰略武器，對中國實施斷供，將會對中國產業鏈產生巨大的衝擊。
攻克關鍵技術
為了應對潛在的“斷供”風險，這幾年中國正在努力擺脫對美國氦氣的依賴。
首先是進口來源的多樣化，放眼全世界來看，並不是只有中國想要減少對美國氦氣的依賴，歐洲同樣有這個想法。在整個冷戰時期，歐洲的氦氣資源同樣幾乎100%依賴美國，因此早在上世紀90年代，歐洲就已經開始在美國以外，尋找新的氦氣進口來源。到目前為止，已經在兩個地區取得了比較好的進展，分別是阿爾及利亞和卡達。
阿爾及利亞的氦氣是其天然氣資源開發的副產品。1991年，應阿爾及利亞當局請求，美國空氣產品公司（Air Products）、阿爾及利亞國有石油和天然氣公司（Sonatrach）以及法國液化空氣集團（Air Liquide）共同加入了該國的氦氣專案，併成立了合資企業Helios，開始開發其氦氣資源。截至2023年底，阿爾及利亞的氦氣產量約為1000萬立方米，在全球氦氣生產國中排名第三，透過法國出口到其他歐洲國家。
不過由於地理位置與經濟效益等原因，阿爾及利亞的氦氣資源主要向歐洲供應。對中國來說，影響更大的是卡達的氦氣資源。
卡達與伊朗共享的北地平原氣田是全球最大的氦氣儲藏地之一，約佔全球氦氣儲量的28%以上，但由於伊朗方面缺乏相關的技術，無法從氣田中開採出氦氣。而卡達則藉助歐美國家的資本和技術，成功開採出了氦氣。2005年，在法國液化空氣集團（Air Liquide）的幫助下，卡達第一個氦氣生產設施成功投產，開始成為世界氦氣出口國之一。2014年，在埃克森美孚（ExxonMobil）、液化空氣集團 (Air Liquide)、林德公司（The Linde Group）等企業的幫助下，卡特爾第二座氦氣工廠Helium 2正式投產運營，規模是前者的兩倍，是世界上最大的氦氣生產設施。
Helium 2的投產算是一個轉折點，自此以後，卡達逐漸取代美國，成為了中國氦氣最主要的進口來源地。根據最新資料，截至2023年，在中國進口的全部氦氣中，源自美國的比例已經銳減至9.7%，而來自卡達的氦氣佔比高達81%，成為無可爭議的最大供應國。
分地區的中國氦氣進口來源，美國來源在近幾年快速減少，逐漸被卡達所取代 資料來源：AKAP ENERGY
但也要實事求是地說，隱憂仍然是存在的。
卡達在氦氣資源的開發過程中，藉助了大量歐美資金和技術的幫助。美國資本如埃克森美孚（ExxonMobil）等企業，在卡達氦氣資源如何分配這一問題上，仍然掌握著巨大的話語權。如果美國執意要實施“長臂管轄”，以類似“利用了美國資本或技術”為理由，禁止卡達向中國出口氦氣，那中國的產業鏈安全還是難以保障。
因此，想要真正地做到自主可控，擁有自己的氦氣產業鏈仍然是必要的。
雖然氦氣在地球上十分稀有，但在整個宇宙中，氦氣是含量僅次於氫氣的第二大元素。在空氣中都有氦氣，只不過含量太少了，大約只有5ppm（等於0.0005%），不具備提取的價值。只有達到一定的濃度，才能滿足工業化提氦的需求。
從富氦天然氣中提氦，是目前全球範圍內唯一可行、並且具有商業化價值的工業提取氦氣的方式，常規天然氣的氦含量一般在10ppm（0.001%）到5000ppm（0.5%） 之間，只要大於0.3%，就被認為具有商業化開發的價值。目前絕大多數的氦氣，都是開採天然氣過程中收集的“副產品”，世界上90%的氦氣，都是從氦含量大於0.1%的天然氣中獲得的。
氦氣田的工業劃分標準，超過0.5%即為特富氦
但受限於我國“富煤、貧油、少氣”的基本國情，中國的天然氣資源整體也比較缺乏。
做一個簡單的對比，美國含氦天然氣中氦氣含量在0.66%～8.2%之間，俄羅斯含氦天然氣氦含量平均在0.15%～0.6%之間，而在我國已探明的氦資源儲地，如塔里木盆地、鄂爾多斯盆地及長慶氣田，這些儲地中的天然氣含氦濃度普遍在0.1%～0.3%之間，整體並不算高。
因為含氦量較低，我國的工業化提氦面臨許多挑戰，如果使用傳統的方法，直接從低含氦的天然氣中直接提氦，不僅工藝裝置多、技術路線長，成本也極高，從經濟的角度看並不划算。
直到近幾年，液化天然氣（LNG）產業的發展，為我國利用低氦天然氣提供了新的“解法”。
液化天然氣（LNG）在儲運的過程中，由於溫度的升高或壓力的降低，部分LNG會從液態轉變成氣態，形成閃蒸氣（Boil off Gas，BOG）。閃蒸氣形成後會導致儲罐壓力升高，為了避免爆炸，過去的工廠要麼是把這部分氣體再次迴圈液化，要麼是直接燃燒掉，要麼是直接釋放到大氣中排掉。
這三種其實都不是最好的處理方式，前者需要消耗更多的能源，而後兩者既浪費了“資源”，也不是很環保。
在閃蒸氣中，氦氣的濃度一般可以達到1%以上，已經具有了商業化提取的價值，特別是在部分富氦BOG的尾氣中，氦氣的濃度甚至可以達到15%左右，如果能對其充分利用，不僅具有很高的經濟價值，還兼顧了環保的需求。
LNG-BOG提氦流程示意圖
但LNG-BOG提氦對技術、對裝備有很高的要求，因此在過去很長一段時間裡，這一技術只有少數歐美巨頭才掌握。
2017年，中國科學院理化技術研究所開始聯合相關企業，研究採用低溫精餾結合低溫液化等技術，從液化天然氣閃蒸氣（LNG-BOG）中提取高純度氦氣。經過兩年多時間的開發，中科院理化所的研發人員成功攻克了一系列技術和工程難題，研製出了國內首套LNG-BOG低溫提氦裝置，並順利生產出液氦產品。2020年10月，中科富海與寧夏深燃眾源公司聯合開發建設的國內首套LNG-BOG低溫提氦專案在寧夏鹽池建成投產，最大液氦產能達49L/2.h，氦氣提取率高達98%。
儘管歐美對中國實施嚴格的出口管制和技術封鎖，限制核心器件出口，以遏制中國氦氣提取能力的發展，但中國科研人員還是憑藉不懈地努力和創新的精神，逐步打破了這些“技術壁壘”。透過自主研發，中國實現了大型低溫裝置的全面國產化，大幅減少了對進口技術和裝備的依賴。中國與歐美髮達國家在提氦技術的差距正在逐步縮小。
在關鍵技術和裝置取得突破後，中國各地都陸續上馬了不少LNG-BOG提氦的專案。
2020年12月，四川空分裝置開發的“大型液化天然氣裝置閃蒸氣提取高純氦氣”專案在內蒙古鄂爾多斯杭錦旗投產，這是國內首個產能超過百萬的提氦專案，同時氦氣的純度達到了99.999%。2021年5月，內蒙古森泰能源BOG提氦專案投產，年產量20萬立方米；6月，瑞華能源在甘肅慶陽的LNG-BOG提氦專案投產，年產能25萬立方米。
隨著越來越多提氦裝置在國內投產，截至2024年底，中國氦氣的總產能已經突破了1000萬立方米每年，產量也有望達到380萬立方米的量級，和上一年比大幅增長了將近40%。中國對進口氦氣的依賴程度也有所下降，從原先的高達95%已經逐漸降低到了約85%。
畢竟中國的氦氣資源量只有世界的2%，且天然氣資源也不算豐富，資源稟賦決定了中國很難只靠國內資源實現完全的“自足”，仍然有大量的氦氣需要從國外進口。
但減少的這10個百分點，同樣是巨大的突破，它象徵著中國在保障氦氣供應鏈安全方面正在取得實質性的進展。
近年來，美國對中國高科技產業的限制日益加劇，幾乎每隔幾個月都會有新的限制出臺，如果美國對中國的氦氣資源進行限制，將會極大地影響中國高科技產業的發展。從底線思維的角度考慮，即使沒有豐富的氦氣資源，中國也一定要掌握這一領域的關鍵技術，有備才能無患。
即使只從現實的角度出發，發展獨立自主的氦氣產業鏈也是有必要的。
過去，中國氦氣產業鏈發展不是很完善，主要是因為氦氣價格總體比較“便宜”，所以這方面沒有太大的需求，但這種“便宜”持續不了很久。
過去的氦氣價格便宜，主要是因為歷史原因，美國政府儲備了太多的氦氣，對財政造成了巨大的壓力，不得不以低於市場的價格大量銷售，以此來“去庫存”。但這幾年美國的氦氣儲備也已經不多了，但全世界對氦氣的需求卻是一年比一年高，從2000年到現在，全球氦氣的價格已經漲了五倍多，未來還會繼續漲。
如果我國沒有獨立自主的氦氣產業鏈，那麼就無法在氦氣進口上掌握“定價權”，那些壟斷了世界絕大多數氦氣供給的歐美巨頭就隨時有可能“坐地起價”。從穩定氦氣進口價格和供應穩定的角度出發，擁有自主的氦氣產業也能為我們增加和歐美巨頭“討價還價”的籌碼。
更為重要的是 ，掌握了關鍵技術的中國，亦可以透過產能的海外佈局，確保氦氣進口來源的“可靠性”。
2021年9月3日，由中國能建葛洲壩集團承建的俄羅斯阿穆爾天然氣加工廠首套氦提純液化裝置成功投產。預計到2025年，阿穆爾的天然氣加工廠就會達到最大產能，每年提供約6000萬立方米的氦氣，相當於目前世界總供應量的近三分之一，同時純度高達99.9999%。這座位於遠東的天然氣加工廠生產出來的氦氣，將會透過專用的管道輸送到中俄邊境。此外，俄羅斯還計劃在東西伯利亞開發多個富含氦氣的氣田，以滿足全世界（但主要是中國）的氦氣需求。
和卡達、阿爾及利亞相比，俄羅斯的天然氣中含氦量更高，提取起來更容易，背後也沒有美國資本和技術的參與，不僅在氦氣資源如何分配的問題上可以更加獨立自主，從開發的經濟性、運輸成本等角度上考慮也是更划算的。2023年以來，中國從俄羅斯進口的氦氣量大幅增加，從原來的不到1%，到2023年底已經佔了總進口量的7.7%，並且即將超過美國，成為中國第二大氦氣進口來源地。
2024上半年，因阿穆爾工廠維護，進口量有所下降，但下半年開始，中國大幅增加了從俄羅斯進口的氦氣。
在完成了自主產業鏈建設和海外產能佈局之後，中國最後一個需要突破的環節，便是氦氣的跨國運輸問題。
氦氣的儲運主要有液氦和氣氦兩種形式，其中氣氦透過氣氦高壓管束車進行儲運，而液氦則需要特製的低溫絕熱容器，也就是液氦罐箱。但由於氦氣是一種比空氣還輕的氣體，直接運輸氣氦非常不划算，其成本約是液氦的四倍，只能用於短距離運輸。世界上絕大多數的氦氣跨國運輸，基本上都是“液氦”的形式。
而制約中國液氦儲運的關鍵環節，在於液氦儲罐的數量。液氦罐箱的低溫溫度接近絕對零度（-269°C，僅比絕對零度高4.2度），材料需要在極低的溫度下仍然保持其機械強度，不發生脆裂或變形，同時還要防止外界熱量傳入導致液體蒸發，同時涉及到了材料科學、工程力學、熱物理學等多個複雜領域，對裝備製造工藝的要求非常高。
即使把全球液氦罐箱的數量加起來，也不過2000多個，並且其設計和製造的技術基本掌握在少數歐美巨頭企業手中，如美國的格南登福、法國的液化空氣集團、德國的林德公司等。為了壟斷氣源和製造能力，這些企業往往對中國限制供貨，國內的氦氣進口商如廣州廣鋼氣體，每年只能購入2到3個液氦罐箱，長期需要透過“租借儲罐”的方式進口液氦。
即使中國掌握了氦氣提取技術，仍然可能因液氦罐箱的供應受限而面臨氦氣的“斷供”問題。但就在最近幾年，中國企業正在這一關鍵領域取得突破。
2022年，中集安瑞科研發了國內首臺液氦罐箱，填補了國內相關領域的技術空白， 並且在2023年5月在蘇州啟動了10臺液氦罐箱的批次化生產計劃。去年11月，杭氧集團自主研製的40ft液氦罐成功從俄羅斯阿穆爾俄氣裝載液氦，並運抵吉林琿春口岸，並在今年7月實現了液氦罐箱的量產交付。這不僅是對中國氦氣產業鏈自主可控能力的一次檢驗，也為未來大規模氦氣進出口奠定了基礎。
即便是在資源稟賦不佔優勢的情況下，中國氦氣產業還是透過科技創新，走出了一條自己的發展道路。透過技術創新、國際合作和資源佈局的縱深延展，中國正逐漸為自身的高新技術與國防安全等領域打造出一條“不再受制於人”的氦氣生命線。中國氦氣產業正朝著更加獨立、更具競爭力的方向穩步邁進。
隨著未來更多自主研發的專案和技術落地生根，一個擁有全鏈路自主可控能力的氦氣產業體系將不僅服務於國內需求，還將為中國在全球氦氣貿易中贏得更多的話語權。在這個充滿不確定性的全球化時代，只有掌握核心科技，才能真正實現產業安全與發展主動權的有機統一。中國在這條道路上所邁出的每一步，都是對未來不確定性的一種有力回應。
本文源自：觀網財經
