氦资源应用、市场及风险

发布时间：2019-10-09 15:21 点击量： 次

一、氦气基本性质及用途
氦气具有很多特殊的物理和化学性质，最大的特性是具有极低的沸点4.2K(-268.9℃)，部分材料在此温度下具有很多特殊的性质，例如超导，最大的应用是核磁共振NMR和医疗用的磁共振成像MRI。氦气分子非常小，非常轻，具有非常高的比热和导热性能，被广泛应用于气球、飞艇、检漏、气态冷却等应用领域。其次，氦气还具有很强的化学惰性，可被用作载气，应用于半导体和分析检测行业。此外，氦气还在尖端科学研究和核物理领域具有诸多不可替代的作用。总之，氦气是一种非常珍贵的不可再生资源，具有非常多独特的性质，应用领域广阔，对于部分领域具有绝对的不可替代性。据U. S. Geological Survey (USGS)数据统计，2017年氦气按应用领域分配如下图所示：

二、氦气资源分布
氦气是宇宙中仅次于氢气的主要组成气体之一，但是非常可惜，氦气在空气中的含量极低，仅约为5x10^-6(5ppmv)，主要存在于天然气中，含量高的有百分之几，低的只有万分之几，美国天然气田中含量最高的可达8%。氦气全球分布非常不均衡，美国的氦气储量和产量全球第一，其次分别为卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯、加拿大、波兰、澳大利亚和中国等。虽然我国储量较大，但是我国的天然气中氦气含量一般仅为万分之几，仅有极少数气田中有千分之几的含量，故在我国天然气田中提取氦气一般不具有经济性，国内使用的氦气几乎全部从国外进口，例如美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯等。

氦气是一种非常典型的不可再生资源，据英国的《Daily Mail》（每日邮报）在2010年08月23日报道，全球的氦气资源将在25～30年内耗尽，1996年度的诺贝物理学奖获得者Robert Richardson教授认为，氦气价格应上涨20～50倍，以让使用者更愿意循环使用。

三、氦气市场和定价机制
氦气具有不同的品质等级，可以分为3类。粗氦：含有氦气体积分数为50%~95%，平均约含有70%的氦气；A级氦：指纯度在4N7(99.997%vol)以上的氦气，美国本土A级氦的价格一般比粗氦高出1~2倍；电子级氦：纯度在5N(99.999%vol)以上的氦气，一般直接供应终端客户，由于客户地点、用量和杂质要求等差异，产品价格范围较宽，最高可达A级氦的数倍。

由于美国是最大的氦气生产和出口国，同时也是最早（一战时）认识到氦气巨大价值的国家，先后经过了多次的改革，始终控制了全球氦气的市场和价格。2007年，美国将氦气定为战略储备资源，控制粗氦的产量，导致了一波全球氦气暴涨，最高的时候达到液氦300元/L（折算氦气约430元/Nm³）。2011年，美国国土资源局(Bureau of Land Management, BLM)在氦最低价格公式中增加了一个富集因子(Enrichment Factor)，该因子通过价格杠杆鼓励氦的回收与生产；2013年公式再增加了一个保护因子(Conservation Factor)，体现不可再生资源的损失。基于此原因 2011～2013年公开市场上销售的价格大幅度上涨。无独有偶，2018年9月1日，空气化工向BLM拍得的价格上涨了135%，刚步入了2019年，氦气价格再次暴涨，对比2018年，1月份的价格已经翻番，氦气价格超过200元/Nm³，甚至超过300元/Nm³，目前液氦只能满足大宗和协议采购的供给。从当前的情形来看，后续大概率继续上涨，可以明确的是2019全年氦气价格会处于高位。

下表U. S. Geological Survey (USGS)数据所列是2000年至今美国市场的具体情况（单位为万Nm³，体积计算标准为101.325kPa(14.696psia) @15℃）。从表中可以清晰看出，美国联邦库存逐年减少，不久的将来将会耗尽。第二大氦气供应国卡塔尔，由于外交风波和电力供给短缺问题，也影响了全球氦气供应，可以预见氦气的价格会保持高位，下跌概率不大。

世界需求量方面，Chemicals Technology预测，2020年全球需求为22700万Nm³；俄罗斯Gazprom VNIIGAZ研究所预测2030年世界氦需求将达到23800～31200万Nm³。美国曾经是全球第一大氦气使用国，然而随着NMR/MRI、半导体、光纤产业的飞速发展，目前亚太地区是全球需求增长最快的地区，据Intelligas数据，截止2017年亚太地区已经占据了全球35%的使用量，达到5900万Nm³，其中中国是最强劲的增长引擎，达到2160万Nm³的市场规模。半导体产业已然是我国第一大战略产业，未来还将会快速发展，对于氦气的用量也将随之增加，预计每年将会有5～10%左右的需求增长。

四、氦气供应风险
由于国内氦气供应几乎完全依靠国际进口，氦气价格持续上涨，经济代价很高，甚至最严重的是无氦气可用。氦气是一种不可再生资源，不能仅以经济来考量。氦气在低温、超导、航天、核物理、半导体和尖端科研领域的不可替代性，氦气的稳定供应显得尤为重要。随着中美贸易冲突的持续或者进一步升级，研究氦气的节约、回收使用应该得到重视，甚至探索氦气的替代技术，以此来保障相关产业和事业的稳定发展。