华盛顿特区的热议可能维持氦气供应

气体价格上涨给研究人员和工业界带来了压力

美国立法者在避免全球氦气供应危机方面迈出了重要一步,这要归功于众议院在 4 月 26 日通过的一项法案。如果该法案在参议院获得通过并成为法律,它将推迟世界唯一战略氦气储备的迫在眉睫的关闭。该法案还将提高储备中的氦气价格,因此依赖氦气的研究人员和工业界可能仍将面临成本飙升。然而,更高的价格前景正在鼓励卡塔尔和俄罗斯开发新的氦气来源,这最终可能导致更稳定的氦气市场。

液氦的沸点为 4 开尔文——低于任何其他元素——具有多种用途,包括冷却医疗成像扫描仪中的超导磁体。半导体行业也依赖惰性气体在制造过程中保护精密的晶体免受污染物侵害。

需求正在上升。全球每年从天然气中提取超过 1 亿立方米的氦气,但满足全球需求还需要每年从美国联邦氦气储备中提取 6000 万立方米,该储备是位于德克萨斯州阿马里洛附近的一个巨大的地质储层,储存着过去气体开采的氦气(见“浮向天空”)。


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来源:美国地质勘探局/R.克拉克

在 20 世纪 90 年代中期,该储备拥有 10 亿立方米的氦气,以及在 20 世纪 60 年代大量购买氦气后累积的 13 亿美元债务。随着时间的推移,用于计算从储备中出售的氦气价格的简单公式未能跟上商业价格的步伐。 1996 年,立法者对政府压低蓬勃发展的商业天然气市场感到震惊,通过了《氦气私有化法案》。其目标是出售氦气储备以偿还债务。一旦债务还清,将不再出售氦气。“他们真的会关掉水龙头,”英国牛津的工艺和资源顾问理查德·克拉克说。预计今年 10 月将关闭。由于该储备的低价阻止了公司在其他地方开发资源,因此可能出现供应短缺。“《私有化法案》已经搬起石头砸了自己的脚,”克拉克说。

感到震惊的研究人员和高科技产业游说国会保持氦气的流动。国会做出了回应:众议院通过的《负责任的氦气管理和监管法案》规划了更有序的关闭。一项类似的法案已提交参议院;如果该法案如预期般在今年夏天获得通过并生效,那么库存将以半年一次的拍卖方式出售给出价最高者,直到仅剩下 8500 万立方米。专家表示,这一目标可能在 2020 年实现,届时价格可能会上涨 50%。

剩余的库存将仅供美国宇航局等政府用户使用。“美国将不再是氦气生产的主要参与者,”英国米尔顿凯恩斯开放大学的能源专家威廉·纳托尔说。用户将越来越依赖来自卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯天然气田的氦气。

俄罗斯能源巨头俄罗斯天然气工业股份公司 (Gazprom) 旨在占据市场的大部分份额。去年,总部位于伦敦的全球商业咨询公司安永估计,到 2030 年,西伯利亚东部的气田每年可生产 2.5 亿立方米的粗氦气,至少满足预计需求的四分之三。其中最有希望的资源之一是恰扬金斯科耶天然气田,该气田含有约 0.5% 的相对丰富的氦气。在过去六个月中,俄罗斯天然气工业股份公司已与许多提纯和供应氦气的领先公司签署了合作协议,包括液化空气集团、林德集团和梅西森公司。氦气可能在 2018 年开始从恰扬金斯科耶流出。

在卡塔尔,额外的氦气生产能力计划于今年上线。拉斯拉凡氦 2 工厂可以使该国满足全球高达 25% 的氦气需求,但克拉克表示,其大部分产量将运往东方,以满足不断增长的亚洲市场。

美国的私人努力似乎也在加强。今年 3 月,科罗拉多州丹佛市的 Flatirons Resources 公司获得了美国土地管理局的批准,可以开发一口小型井,该井旨在从犹他州的天然气田开采氦气,这是美国第一口专门用于氦气的井。

马里兰州大学公园市美国物理学会的高级政府关系专家乔迪·利伯曼说,氦气可能不会短缺,但价格上涨将损害实验室。她补充说,一些低温物理学家已经在氦气上花费了高达 70% 的拨款。

在美国国家科学院 (NAS) 2010 年的报告《出售国家氦气储备》中,建议资助机构帮助研究人员购买可回收氦气或减少氦气消耗的冷却系统。该报告的美国国家科学院研究主任詹姆斯·兰开斯特表示,到目前为止,资金紧张的资助者没有资源广泛提供昂贵的设备。

但随着价格的上涨,节氦设备可能开始显得必不可少。

本文经 《自然》杂志 许可转载。该文章于 2013 年 5 月 3 日首次发表

Mark Peplow is a journalist based in Penrith, England.

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