氦气短缺

氦是宇宙中第二大最丰富的元素，但在地球上氦却不那么丰富-至少不是我们可以使用的形式。

在过去的几十年中，对氦气短缺的担忧变得越来越紧迫。从2011年到2013年，氦气行业面临20％的缺口，而在2019年又发生了同样的事情，这表明这个问题还远远没有解决。

我们的氦气已经用完了，这不仅意味着派对气球减少，而且 氦被用于许多重要行业，包括医学成像-我们的MRI不能没有它。

在哪里发现氦气

1868年8月18日，研究人员将望远镜转向日食，发现了当时未知的称为氦的元素。事实证明，氦气是一种惰性气体，难以捉摸，以至于他们花了几十年才在实验室中将其隔离（在1920年发表于《自然》杂志上的一篇标志性论文）。从那时起，我们对氦有了很多了解。它是宇宙中第二大最丰富的气体，已被广泛用于科学探索（包括寻找难以捉摸的希格斯玻色子），但要在地球上占有一席之地却很难。

氦是作为天然气提取的副产品专门开采的。人们认为，从天然气中除去的大多数氦都是由地球地壳花岗岩岩石中铀和th的放射性衰变形成的。

氦具有任何元素中最小的原子半径，因此它很容易向上移动，穿过岩石中最小的孔隙。但是，有些岩石（例如盐岩，盐的矿物质形式）会阻止氦气向上迁移，从而成为陷阱。相同类型的疏水阀还可以有效地捕获轻质且易于向上流动的石油和天然气。

一种简单的思考方式就像夹在其他层之间的一块蛋糕。

氦气会与天然气一起被不渗透层捕获。盐是最好的密封层之一，页岩粘土也可以充当效率较低的屏障。图片来源：洋红色绿色/ Wikipedia。

因此可以在满足三个主要地质条件的地方找到氦气袋：

• 岩石基底由富含铀和or的花岗岩或花岗岩型岩石组成。
• 有一个使氦流向地面流动的裂缝或裂缝系统；
• 该结构具有不可渗透的盖，该盖由岩石（例如岩盐或硬石膏）组成。

这样做的好处是，可以通过与天然气相同的粗略方法来开采氦气，然后可以分离出这些气体。但是，分离过程很昂贵。

氦气通常仅占天然气的很小一部分，但在某些地区，氦气最多可占天然气的10％。氦气含量必须至少为0.3％，否则分离过程会花费太多。氦也可以在没有天然气的情况下积累，但是开采它在经济上没有多大意义-尤其是因为它很难存储。

不可阻挡的氦气

这是非常昂贵且难以存储的氦气，无论我们做什么，它都会消失。

要存储和运输它，必须首先将其冷却到-452华氏度（-270摄氏度）的温度，使其成为地球上最冷的物质。但是，情况变得更糟：即使在这些极端寒冷的温度下，液体也会慢慢蒸发掉，并且由于其结构，气态氦会逸出我们所知的任何容器。它是一种稀有气体，是一位大师级逃生艺术家。

因此，如果您想存储氦气，那么最好的选择就是再次转向地质学。在阿马里洛的美联储，氦在表面被压缩并注入到3,000英尺（914米）的白云岩层中。在这些白云岩锁之上，存在一层将氦气捕集在适当位置的盐岩（盐）。这是我们目前可用于存储氦气的最佳方法，并且可以想象，它既昂贵又费时。

到1995年，美国已收集了十亿立方米的氦气。但是，由于储备金负债累累，国会于1996年开始逐步取消该储备金。由此产生的《1996年氦气私有化法案》指示该储备在2005年之前出售其氦气。相比之下，美国（世界上最大的氦气生产国）在2014年的总量为7300万立方米，约占全球产量的30％，但仍只是只是储备金的一小部分

之所以选择阿马里洛，是因为它具有正确的地质条件，并且是适合物流的明智之举，特别是因为它靠近富氦领域。即使在美国，也只有少数已知的富含氦气的天然气田。

但是，《氦气私有化法》只是第一步。据报道，到2007年，联邦政府将拍卖阿马里洛氦厂的部分产品，据报道国家储备本身“正在缓慢地被出售并出售给私营企业。该设施必须在2021年9月之前完全私有化，这增加了有关正在进行的氦气危机的不确定性。

在阿马里洛（Amarillo）本身，当地人似乎并不在乎。Express News的Laura Garcia最近发表的一篇文章引用了运营经理Barry Stoll的话：

“有时人们听到我们仍在运营感到惊讶，”阿马里洛办事处的现场经理塞缪尔·伯顿（Samuel Burton）说。“他们以为我们在96年就关闭了，当时国会首次试图关闭氦气储备”

那么氦气短缺吗？

简短的答案是肯定的。

在2017年，装满一打氦气球将使您回到12美元左右。如今，费用几乎翻了一番。近年来，不仅氦气价格飙升，而且供应有时也成问题。

除了政治和商业方面的原因外，氦气短缺还有很多物理上的原因。氦在宇宙中可能很丰富，但是在地球上，它只是漂浮着。产生它的花岗岩型岩石一开始并没有那么丰富，尤其是在可以将其捕获到位的不可渗透岩石下。因此，供应方面很少，因为它需要异常的地质条件。

还有一个问题：在世界范围内，也富含氦气的天然气田正在减少-我们没有发现任何新的大油田，理想情况下，未来几十年内天然气的消耗也将逐步淘汰。然后，如前所述，存在存储问题，还有关于阿马里洛储量的不确定性（迄今为止，阿马里洛储量是世界上最大的储量），而不是开始时有那么多全球氦储量。

然后，在天然气大计划中，氦仅是事后的想法。在天然气净化过程中，收集到的所有氦气中约有97％是作为“废物”产生的。

储量也很低，而消费量却稳定甚至增加。不足为奇的是价格和可用性成为问题。

据一些估计，氦气的需求超过供应，高达15％。许多人担心，美国氦气储备的私有化将进一步加剧不确定性，并给本来就不确定的市场带来更多混乱。储备是

我们今天或明天都不会耗尽氦气，但是所有迹象都表明一段时间内氦气短缺。但是，这有多大的问题呢？

氦气用于什么

如果只是派对气球和有趣的声音，那么开始就不会有太大的问题。但是氦气并不是那么简单。

因为氦的液态是所有元素中最冷的，所以它被用于超导磁体，例如MRI扫描仪中的磁体。实际上，尽管这是一个活跃的研究领域，但MRI扫描仪如果没有氦气就无法工作。普通的MRI机器使用约1,700升的氦气。

也不只是MRI。除非使用液氦冷却，否则化学实验室设备的关键部件将无法工作。除其他事项外，在物理和化学研究（包括大型强子对撞机），深海潜水，天气预报，低温，火箭工程以及诸如计算机芯片和液体的先进制造中，氦用于冷却和净化火箭发动机。水晶显示器。没有替代气体，供应不足会在多个层面上影响研究人员，导致研究设备和材料的损失。

氦气短缺不是开玩笑。实际上，鉴于目前大约有10％的电源用于气球，圣安德鲁斯大学名誉化学教授David Cole-Hamilton表示，将其用于气球是“荒谬的”，应予以禁止。

他告诉英国广播公司：“如果你对别人说，你想给女儿做氦气球或MRI扫描，那是一个明显的选择。”

因此，如果我们确实耗尽了氦气，那可能意味着真正的麻烦，特别是考虑到医学成像工具的普及程度。

新耗材？地球及其他

多年来，美国生产了世界上90％以上的商业氦气。1990年代中期，阿尔及利亚阿尔泽（Arzew）的一家天然气厂开始生产大量氦气，足以满足整个欧洲的需求。在2004-2006年间，又建立了另外两个工厂，一个在卡塔尔，另一个在阿尔及利亚，使该国成为第二大氦生产国。

预计未来5年将大大增加氦气的产量。即将到来的俄罗斯以及还有来自卡塔尔的另外一个有望缓解超极本未来十年的短缺，但仍然只延迟不足，没有足够的储存设施。

值得注意的是，几个国家（最著名的是中国）也在考虑在月球上开采氦气-但这不是“正常”氦气，它是一种称为Helium-3的同位素，可以产生不具有放射性的核聚变工厂。

一旦（希望）过渡到可再生能源，氦气会发生什么变化？目前，针对这种情况的计划还不多，而且氦气短缺问题正在一次解决。