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萎缩的氦产业

牛津—氦对于以技术为基础的当今世界来说至关重要。它能精确冷却磁共振(MRI)机的超导线圈和用于制造智能电话芯片和制光纤玻璃的硅。对压馈火箭、大物理甚至派对气球,都没有氦的现实替代物。

到目前为止,地球上看似取之不尽的氦供应完全来自24个富藏氦资源的天然气田,它们是天然气生产的副产品。但全球氦产量短缺让氦价格以两位数的增长率上涨,也让科学界的焦虑日益增加。如今,美国(世界最大氦出口国)勘探者正在勘察专门生产氦的矿藏。

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氦短缺难免会刺激关于生产和保护的争论。自1996年美国氦私有化法案(HPA)实施以来,已经发生了三次类似的短缺。HPA要求政府以呆板的价格公式出售其还储备,以偿还20世纪60年代大规模购氦所累积的债务。

HPA要求售氦行为在债务偿还(即今年10月)后即行终止,因此科学界、医学界和技术界越来越担心会出现氦的大规模短缺和成本飙升。这与氦支持着美国大量就业的事实一起,已导致最近美国国会采取措施试图保证全球氦储备的三分之一流动起来,但价格会有所上涨。

这是个及时的行动,因为过去15年中,强制处理美国联邦氦储备系统的巨量氦储备让美国中西部的大量氦生产商倒闭,也让其他地方的工程推迟(见图)。事实上,通过人为约束氦价格,HPA削弱了公司对从天然气中分离氦的投资的激励。结果,数千吨氦在生产地或随天然气的燃烧而排入了大气。

结束这一对氦的可悲浪费要求天然气行业思维的根本性转变。氦是其高能配对物质的副产品,可以说,未被使用的氦是不可保留的。

如今,上游氦市场具有结构性弱点。生产氦的美国最大天然气田雨果顿(Hugoton)正在走下坡路。而维持美国联邦氦储备提供的高产能并用于减轻全球氦供应破坏的影响在地质学角度上也是不可能的。

此外,美国页岩气行业的迅速扩张(页岩气不含能廉价回收的氦)挤出了传统天然气的边际供应。比如,俄克拉荷马的凯斯(Keyes)天然气田如今已处于休眠状态,而在美国政府自星际竞争期间开始从私人生产者手中收购氦气以来,凯斯气田缓解了巨大的氦短缺状况。而如果不生产天然气,氦提炼在经济上也不可行。

天然气公司也没有什么激励改变经营方式提炼氦气。阿尔及利亚的富氦气田Hassi R’Mel同时也是撒哈拉地区的天然气中心。富氦气流和贫氦气流在这里汇集。这减少了氦集中度,也让提炼氦气变得十分困难。

显然,问题不在于氦不足,而在于对氦资源的经济、法律和物理限制。事实上,光是亚利桑那州便蕴藏着足够供应美国十年的氦储量。但圣约翰的多姆(Dome)天然气田中大部分是二氧化碳李奇微亚利桑那石油公司(Ridgeway Arizona Oil Corporation)意在利用这些二氧化碳增强该地区的石油回收工程。二氧化碳并不是产品之一,也不会被排放,因此该气田中的氦仍然无法提炼。

尽管存在这些挑战,工业天然气公司正在获得低等级天然气中的氦。尽管一些生产者——包括位于怀俄明州拉巴奇(La Barge)的埃克森美孚公司纬纱溪(Shute Creek)制氦厂(到2013年为止为世界最大的氦提炼商)——曾向大气中排放二氧化碳废气,但如今它们已经建立了碳捕捉装置减少或消灭碳排放。

此外,氮气——可以排放到大气中而不会产生后果的气体——也是氦气的伴生物。巧的是,1903年美国首次发现大量氦气是在堪萨斯州德克斯特(Dexter)的一座废气气井中,该气井中的气体中70%多是氮气,1.84%是氦气。随着氦价格的上涨,富氮资源将变得有利可图。

但这些小打小闹无法满足亚洲爆发式增长的氦需求。对此,应该着眼于液化天然气——页岩气的先导——这种技术可以从氦气成分只占0.04%的天然气中生产氦。

第一个产氦的液化天然气厂于1994年在阿尔及利亚完工。卡塔尔也有一座运转中的氦提炼厂,另有一家工厂最近刚刚上马。加在一起,它们将在2014年产出世界氦气总产量的25%。

在未来十年中,氦产业将经历根本性转变。在中东供应商——以及来自俄罗斯的新晋大型供应商——主宰全球市场的情况下,美国或许将开始进口氦。大部分氦供应输往亚洲,因此欧盟——它消费了世界商业氦资源的20%多——必须马上行动起来出台氦政策确保这一战略商品的未来��应。

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尽管欧洲高科技产业依赖于稳定的氦供应,但氦气并没有在欧洲引起足够的关注。2011年MRI生产中心英国将氦排除在战略重要性元素的听证之外,因为它“没有进入调查范围”。

与此同时,一大半阿尔及利亚氦气在没有被分离的情况下向北通过输气管道输往西班牙和意大利。阿尔及利亚是欧洲除俄罗斯以外的重要天然气供应者,因此欧盟必须据此制定其氦政策。