导读：氦气是一种稀缺的非再生资源，在现代工业中用途广泛。中国已是世界上最大的氦气消费国地之一（仅此于北美，其后为西欧），近年来对外依存度高达95%以上，并且对高纯度氦的需求量还在继续上升。中国的进口主要来自卡塔尔（2021年达到82%）、美国和澳大利亚，少量来自俄罗斯。此外，除了氦气的气源外，氦气分离、提纯、液化储存等技术装备的制造商也基本是外国企业，导致中国在氦气方面很容易被“卡脖子”。 本文从欧洲视角分析了全球氦气产业地图的变迁——相比“地大物博”的中国和美国，欧洲的氦气短缺问题有其独特之处，并且相关的（地缘）政治问题似乎也更突出。长期以来，冷战时期遗留下来的全球氦气产业链阻碍了产能的全面发展，在资源占有、资本掌控、技术垄断、销售主导四大环节曾经几乎全部由美国一家掌控。随着2010年代突然出现的氦气供应危机，该关键物质的生产多极化进程得到了加速，主要受到两个方面的驱动：在供给端，新兴天然气出口国和相关企业，正在加强对氦气这种重要副产品的开发、生产和出口；在需求端，受到全球电子产业产业发展以及亚洲强劲的经济增长的影响，氦气的贸易和消耗中心也在发生转移。 2010年代开始，美国已经将氦气出口战略进行收缩，更多的重心是保留国内储量和保障国内供给。未来几年，全球氦气生产重心将进一步向西亚（卡塔尔）北非（阿尔及利亚）转移。通过与欧洲（法国液化空气集团、德国林德集团）和美国（空气产品集团）的工业气体巨头合作，这两国将填补美国产能出口上的空缺，撑起欧洲的氦气供应。在欧亚大陆东边，俄罗斯也在计划加强西伯利亚地区储量的开发，成为更强大的生产国以加强对中国及其他亚洲国家的出口。 本文认为，新的氦气生产格局的出现，可以使欧洲和亚洲实现进口来源的多样化，但还不足以确保其供应，并保持氦资源产能与短缺临界阈值之间的合理距离。在欧盟内部，对氦气等重要战略资源的共同关注可能促进欧洲一体化进程，也可能成为各国分歧的导火索。在原文编译外，基于“全球氦气产业链分析与中国应对策略”（唐金荣等，2023）等公开报告，本文还增添了一章关于“中国氦气产业现状与挑战”的分析，供读者参考。本文为欧亚系统科学研究会“战略资源”系列编译作品，原刊于法国国际关系研究所，仅代表作者本文观点。文｜Aurélien REYS、Vincent BOS
翻译｜慧诺
来源｜Institut français des relations internationales
▲ 装载氦气的容器从美国新墨西哥州气田运出。图源：互联网
2010年代初，由于全球供给短缺，“氦”——这个宇宙中第二丰富的元素竟成为了工业稀缺资源。这种轻质、不可燃的气体可以应用在诸多领域：健康（核磁共振成像，MRI）、电子（光纤、半导体）、科学研究、管道（焊接和泄漏检测）、航空和休闲（热气球、水肺潜水）。长期以来，与氦相关的产品几乎全部由美国生产。然而，随着全球需求稳步增长（主要受电子工业和亚洲经济的急剧增长驱动），美国的供给却突然发生枯竭，导致全球的氦气供应链发生显著变化。2016年，氦在美国的主要用途是MRI（24%）、半导体和电子（10%）、飞机（9%）和光纤（9%）。氦在西欧的主要用途与美国基本相同。在亚洲，氦主要用于半导体和电子（36%）和光纤（32%）制造。在短短几年里，新的供应链格局主要惠及了新的天然气生产国，它们与少数几家公司一起，打破并重建了一个世纪以来的氦生产和贸易地理结构。2017年，氦进入欧盟委员会制定的《关键物质清单》，并于2020年被删除。根据当时欧盟委员会的说法，氦气的关键性源于两个方面：（1）供需不平衡的风险，当生产在地理上集中且没有真正的回收或替代品时，这种风险更大；（2）其对工业部门的存在以及欧盟成员国经济的活力至关重要。鉴于氦气的相对稀缺性及其对多个经济部门的重要价值，氦气也处于各方力量博弈的交汇处——这既是权力争夺的焦点，又推动了经济参与者之间（尤其是国家之间）建立新的联盟。本文将分析氦涉及的经济利益、全球价值链的重塑以及欧洲各国为确保原料供应所遭遇的困难。
1903年，地质学家伊拉斯谟·霍沃斯（Erasmus Haworth）首次从堪萨斯州德克斯特（Dexter，Kansas）的一口油井中收集到自然状态的氦气。起初，氦的用途主要是科研和军事，因此产量不大。1925年，美国联邦政府于颁布了“氦气法案”，以更好地控制这种已被视为战略气体的生产和出口。然而，在二十世纪初，美国内外对氦气的需求量仍然很低，直到第二次世界大战及之后的冷战期间，氦气在军事工业和航天领域的应用日益广泛，其产量才有了显著的增长。为了支持氦生产，美国联邦政府对1925年的法案进行了多次修订。此外，还通过美国矿业局（U.S. Bureau of Mines）建立了公私合作的伙伴关系，以鼓励建设新的工厂，并就资源的销售价格达成协议。在做出这些新安排的同时，联邦政府修建了一条长达600多公里的管道，将几个生产基地的氦气资源注入得克萨斯州部分枯竭的克利夫塞德气田（Cliffside Mine），作为战略储备。基于新基础设施的引入以及公共和私营部门对资源的共同管理，氦产量呈现指数型增长。1962年至1964年间，氦气开采量增加了五倍，然后随后十年中，年开采量一直保持在约20,000吨/年的水平上。1972 年，储存在克利夫塞德地下的氦仅仅相当于美国七年的消费量（图 1）。
▲ 图 1：美国的氦生产、出口和储备量（1935-2015年）。资料来源：美国地质调查局报告（2015 年）
到20世纪70年代末，美国在全球市场上几乎处于垄断地位，而当时世界上只有苏联和波兰还在大量生产氦气。然而，美国长期奉行将丰富资源即时消耗使用的国家战略，这也让该国和纳税人付出了代价——虽然美国的库存量足够大，但仅在两年内就降到了四分之一（见图 1）。冷战的结束和苏联的瓦解加速了上述趋势。氦气用途多样化和北美、日本和欧洲工业需求增长共同推动了世界市场的发展，同时，氦气产量仍保持在较高水平。然而，新的全球地缘政治和经济形势也促使美国国会重新审视其产销政策：为了维持不再需要的氦气储存基础设施，美国政府已经积累了14亿美元的债务。随着美国《1996年氦气私有化法案》（Public Law 104-273）的颁布，其鼓励在2015年1月1日之前在市场上出售储备的近10亿立方米氦气储量，其价格足以全额偿还联邦政府的初始支出和利息。起初，这项新政策最初不会影响氦气资源的可用性或成本。然而，市场上丰富的氦资源和低廉的价格阻碍了前瞻性投资和更好地开发已知矿藏。换句话说，美国国会的决定最终将影响中（长）期的生产能力，而现有的美国储量正在枯竭。与此同时，亚洲经济的发展以及电子、半导体和光纤等新兴产业的兴起却进一步推动了需求的强劲增长。氦气短缺的威胁迫在眉睫。在这种不确定的背景下，氦气价格急剧上涨。由于失去了美国政府多年的价格管控，每立方米氦气的价格迅速飙升，并在八年内翻了三番（从2004年的2.25美元上升到2012年的6.13美元）。资源供给面临的风险也给供应链的稳定性带来了压力，迫使经济参与者和政府做出反应。短短几年间，氦成为了一种关键资源。
事实上，早在20世纪90年代，欧洲和亚洲就已经预料到了这一不可避免的氦短缺危机，并且开发了新的生产区。这种调整也反映在各国政府与天然气行业（企业）之间的此消彼长：虽然政府仍然是其管理的资源的合法所有者，但后者可以依靠其技术专长、分销基础设施和客户组合来影响实际管理和运营，进而影响参与者的行为并重塑整个价值链。欧亚大陆的第一个新项目出现在阿尔及利亚。美国工业气体分销商空气产品公司（Air Products）就曾积极推动阿尔及利亚利用好其碳氢化合物储藏中的氦气。通过这个长期项目，美国希望能够以更低的运输成本向附近的欧洲市场供应氦气。然而，鉴于波兰也有类似的计划，美国的项目长期受阻。直到1991 年，应阿尔及利亚当局请求，空气产品公司、阿尔及利亚国有石油和天然气公司（Sonatrach）以及法国液化空气集团（Air Liquide），共同加入该项目，并成立合资企业Helios。1995年，该国的阿尔泽夫工厂成为世界上最大的氦气加工厂。到1997年，阿尔及利亚已成为世界第二大氦气生产国，占全球氦气总产量的15%（图2）。
▲ 图2：世界主要氦生产国（1994-2021年）*注：2021年的其他主要氦生产国为俄罗斯、澳大利亚、波兰、中国和加拿大。资料来源：氦统计和信息 - 美国地质调查局（1994-2020 年）。
此后，生产中心的多极化进程仍在继续，并且诞生了一个新的生产区：卡塔尔。这个同样拥有大量碳氢化合物资源的酋长国正在效仿阿尔及利亚的战略，将氦作为其天然气资源的副产品进行生产。该国每年生产1300万立方米氦气，已于2008 年成为世界第三大氦气生产国。由于预计美国克利夫塞德矿床的储量即将耗尽，卡塔尔还在进行新的投资，以通过其国家天然气公司RasGas（该公司于2013年开设了第二个加工厂）提高产能。当前，RasGas已与法国Air Liquide（该公司此前已深度参与了阿尔及利亚的资源多元化战略），并获得了卡塔尔50%的氦气产量供给）、德国林德集团（Linde）（获得卡塔尔33%产能的供给）和日本岩谷公司（Iwatani）（17%占产能）签署了协议，确保2032年之前该国产能的销售渠道。在2015年，卡塔尔的氦气产量狂飙了两倍，达到近5000万立方米，几乎占世界总产量的三分之一。虽然这些新联盟的建立是以美国的市场地位为代价的。同期，美国的产量略有下降，不过在2010年代初依然占据世界主要的氦气来源。即便出现了新的生产中心，似乎仍不足以补充即将耗尽的美国联邦库存。在预计到这一危险后，华盛顿采取了紧急行动，签署“2013年氦管理法案”，这是1996年“氦法案”的修正案。该法案规定，联邦政府每年拍卖一部分存量，以确保市场稳定，而另一部分存量则必须保留给美国用户。此时，美国的新战略旨在实现三者的平衡：保持氦资源的公共管理成本、鼓励开发新的矿藏以维持市场，并且保持美国自身的氦资源供给。这些调整也表明美国正在逐步脱离其作为世界氦气供应国的角色，并加剧了全球供应可能出现瓶颈的威胁。即使美国的产量在未来几年保持在较高水平，新政策在本质上也无法提高美国的存量——最终的导致的结果是，美国对过去合作伙伴的出口正在下降，这也有利于加速新的生产中心的兴起：2016年，美国对亚洲的出口仅占总出口的43%，而2005年为52%；对欧洲的出口仅占13%，而2005年为27%，1994年则为37%（地图1）。
▲ 地图1：2018 年全球氦气生产、贸易和消费情况。资料来源：Gubler et al (2019)。
在很大程度上，欧亚地区所产生的需求压力推动了氦气生产地理格局的重新规划，鼓励各国在更靠近其边界的地方建立新的生产基地。一些项目已经开发出来，以填补近期的供应链短缺动荡。阿尔及利亚和卡塔尔正在计划继续扩大产能，东欧国家保持了较高的生产水平（波兰、俄罗斯），少数生产国也加入了这个行业（澳大利亚、加拿大和南非）。与此同时，在其他尚未勘探的地区（如坦桑尼亚），由小型私人企业领导的勘探开发新战线正在成倍增加。尽管许多扩产的承诺可能无法兑现，但它们见证了氦气供给的多极化进程，而其重心可能很快会向俄罗斯靠拢。俄乌冲突发生后，俄罗斯采取了一系列措施，使得但俄罗斯完全有能力打破目前全球矿产生产体系的平衡（详见本公众号此前文章：《俄罗斯的矿业战略：地缘政治的野望和来自行业的限制》）。基于在西伯利亚阿穆尔州的碳氢化合物开发项目蕴含的丰富氦资源，俄罗斯最初的目标是到2030年成为市场上最大的参与者之一。在国有企业俄罗斯天然气工业股份公司（Gazprom）的支持和德国林德公司的技术支持下，该项目计划陆续投产三个生产装置，在不到十年的时间内将全国氦气年产量提高到近6000万立方米，相当于卡塔尔的产量。虽然目前的欧洲形势可能会打乱莫斯科为自己设定的时间表，但这个新生产中心可以显著应对中国和其他亚洲国家日益增长的需求；亚洲工业国家与西欧一样高度依赖进口，而且在大多数情况下，它们比西方国家更少卷入对俄罗斯的制裁。
全球氦资源供给的新布局也为欧洲提出了一个问题：如何在新的地缘政治平衡中，找到其氦气产业链中的位置。过去，欧洲曾经几乎完全依赖美国进口，但自20世纪90年代以来，欧洲逐渐实现了供应来源的多样化，目前从美国、阿尔及利亚和卡塔尔进口氦气的比例相同（地图1）。新开采项目的出现和新勘探战线的增加让欧盟委员会感到放心，它似乎能够更加平静地展望未来，尤其是它可以从间俄罗斯的新增产能处获益——随着俄罗斯补充了亚洲市场的供给，欧洲可以增加从卡塔尔和美国的进口，而目前中国消费的大部分氦气都来自美国。在此背景下，欧盟已将氦气从其2020年“关键原材料清单”中删除，保留了对该物质的定期审查。自2010年代初大宗商品市场出现紧张局势以来，确保某些高度重要战略资源的供给，已经是各成员国的普遍政治愿望，持续受到特别关注。然而，氦气市场这种明显的新稳定可能只是暂时的。2017年6月沙特阿拉伯和卡塔尔之间的危机表明，当前的氦气产业格局平衡仍然脆弱——这场危机迫使卡塔尔酋长国暂时关闭了其两家生产厂。同样，这一事件更体现了地缘政治背景在组织全球生产和贸易网络中的重要性，并提醒人们注意政府在监管资源获取方面能够发挥的关键作用。更重要的是，在卡塔尔外交危机中，凸显了欧洲人在应对此类风险时缺乏协调一致的应对措施。事实上，反而是分销商们找到了防止供应中断的解决方案，他们使用较小的船只将卡塔尔的部分产品运往阿曼，然后再出口，尽管他们已经无法进入迪拜港。最近，对俄罗斯实施的制裁也可能会阻碍阿穆尔项目维持与欧盟各国的合作与投资，使事件发展更为复杂。上述地缘政治事件凸显了几个问题。首先，它们再次说明了以少量生产来源为基础的供给战略所固有的风险。为了更好地预测可能影响生产和交货时间的起伏，欧盟目前正试图启动若干杠杆，以降低这些风险。除了在地域上实现进口多样化外，欧委会还在寻求通过更多地利用其自身领土来确保其需求。例如，2016年，液化空气集团在德国西北部的格罗瑙-埃佩地区（Gronau-Epe）投入使用了一个储存设施，利用2011年关闭的一个盐矿的盐洞进行储存。然而，氦气的液化成本过高，不可能以液态形式大量储存。此外，维护这些储存设施的成本更让这一方案的推进举步维艰。欧盟成员国正在考虑的另一个方案是在欧洲大陆开采氦资源。然而，根据目前的知识，欧洲底土中潜在的可经济开采的矿藏很少，因为它们的品位很低。目前欧洲大陆的天然气产量约占欧盟需求量的十分之一，并且主要来自波兰。据估计，波兰的氦储量约为2400万立方米，因此没有理由相信其产量会长期增长；相反，波兰的供给会继续下降，直至储量耗尽或达到不经济的水平。尽管如此，2010年代以来氦气价格的上涨，加上所谓“欧洲矿业复兴”的讨论，已导致勘探活动的增加。2021年6月，法国向成立于2017年的该国初创企业45-8能源公司（45-8 Energy）颁发了独家研究许可证（permis exclusif de recherche，PER），以评估其在涅夫勒省底土中可获得的氦的等级和数量。然而，即使在最有利的假设条件下，与整个大陆的需求相比，预期产量也将非常有限。显然，目前正在进行的勘探及开发活动是无法保障欧洲企业需求的。由于资源获取多样化的可能性有限，欧盟很可能继续严重依赖进口。因此，在这种模式下，欧洲依靠公私合作，由资源丰富的外国（如美国）和欧洲私营天然气分销公司（如液化空气集团或林德集团）参与，通过合资企业、投资加工厂和长期合同获得欧洲大陆以外的储藏。但这种情况必须与兼并和收购相平衡，因为这些资本交易有时会涉及非欧洲公司，一旦与原籍国发生冲突，很可能造成政治紧张局势。这些选择必须遵守欧盟自身机构为保护自由市场而制定的规则。例如，当林德集团和美国普莱克斯（Praxair）于2018年底合并时，欧盟委员会强迫新集团出售其氦气供应合同，以避免经济力量过于集中和该行业出现垄断，即使这意味着强迫将部分资产/储藏出售给外国参与者（这次获益的是日本集团大阳日酸株式会社，TNSC）。当时欧盟的决策依据是，从长远来看，合并行为可能不利于竞争和客户，但却没有顾及地缘战略的考量，并且与实施集体政策以确保获得资源的明确愿望相矛盾。从这些因素来看，欧洲作为进口国所遭受的损失似乎将扩大。选择通过自由竞争进行监管，当然有利于企业以最优惠的价格获取资源，但这种默认选择会增加供应中断的风险。此外，氦气等工业气体只是一方面，由于欧洲尚未建立完整的产业政策体系，其所面临的挑战还会加剧。不过，对关键资源需求的共同关注，可能成为推动欧洲大陆政治一体化的下一个重要驱动力；当然，有限的资源，也可能变为成员国之间紧张关系的新导火索。
近年来，在中国高新技术产业快速发展的带动下，国内氦气需求大幅增长。2017年以来，中国氦气进口量长期保持在2000万立方米以上，其中，2018年进口量高达2311万立方米，约占全球氦气产量的14.4%。中国氦气进口来源较集中，主要来自卡塔尔、美国和澳大利亚，少量来自俄罗斯。在2013年之后，卡塔尔已经超越美国成为中国的第一大供氦国，且占中国进口总量的比例不断增大；2021年中国从卡塔尔进口1684万立方米，占比82%。然而，卡塔尔进口氦气的价格偏高，技术与设备基本来自美国，缺乏自主性，中国遭遇“卡脖子”的风险依然存在。受到国际地缘政治局势变动影响，氦气价格大幅波动，持续稳定的氦气资源保障面临严峻挑战，中国的公私部门都在加大对氦气资源勘查、技术研发、加工利用等各环节的投入。总体看，中国氦气产业仍处在起步阶段，上中下游产业链的各环节仍面临诸多挑战。中国氦气资源勘查起步晚、程度低，只开展了一些综合性的调查研究，针对性的钻探工作较少。近年调查研究发现，中国氦气资源分布广泛、层位众多，分区分带富集特征明显，具有良好的资源潜力。目前，全球范围内已探明的具有工业开发利用价值且具有较大规模储量的富氦天然气藏均位于板内及边缘隆起带上，中国西部塔里木、四川、鄂尔多斯、柴达木等大型叠合盆地边缘隆起发育，已发现多个富氦天然气藏，具有广阔的勘探前景。板内裂谷盆地是全球氦气勘探的热点区域，东非裂谷系和中国渭河盆地在近年相继取得重要发现，资源前景良好。中西部大型叠合盆地和陆内裂谷盆地是中国氦气资源的主要富集区。初步预测四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、汾渭“五大”盆地的氦气远景资源量达80亿立方米以上，将是中国快速实现产能的主力勘探区。具体而言，四川盆地威远气田是中国首个实现氦气商业化利用的气田，氦气含量0.2%左右，最高0.36%；鄂尔多斯盆地是目前国内最大的天然气生产基地，其中氦气含量0.03%-0.05%，盆地北部少数气田氦气含量达到0.1%以上；塔里木盆地塔西南、塔北、塔中地区均展现出一定氦气富集前景；汾渭盆地氦源岩广泛发育、品质较好，氦气成藏条件得天独厚，资源潜力巨大，是目前中国开展氦气资源研究的热点地区之一。
▲ 地图2：国含油气盆地氦气显示分布图。资料来源：唐金荣等（2023），《全球氦气产业链分析与中国应对策略》
中国天然气提氦始于20世纪60年代的威远提氦试验I装置，设计日处理天然气5万立方米，年氦生产能力约2万立方米。2012年，在四川省荣县东兴场镇重新建成天然气提氦装置，年产氦气约5万立方米。到2014年，中国氦气年产量为24万立方米，对外依存度高达98.44%。之后随着中国LNG-BOG提氦技术与产能建设飞速发展，年产量不断提升，至2021年为130万立方米，对外依存度略有下降，但仍高达94.07%。
▲ 图3：中国氦气产量与进口量走势图（2014-2021）。数据来源：唐金荣等（2023），《全球氦气产业链分析与中国应对策略》
目前，内蒙古兴圣天然气有限责任公司等在鄂尔多斯盆地北部已建成氦气年产能225万立方米，相较于2021年2165万立方米的需求量，缺口依然巨大。据初步统计，国内在建或拟建的天然气提氦产能将达905万立方米，其中，成都天然气化工总厂在和田河气田在建氦气年产能约90万立方米，还有多家公司在鄂尔多斯盆地周缘和四川盆地等在建氦气年产能215万立方米。此外，国有油气企业正在陕北推进500万立方米联产提氦项目、东胜-乌审旗100万立方米膜法+变温吸附提氦项目。然而，即使所有在建和拟建项目均能如期实现，国内氦气保障仍面临原料气供应不足、液化成本高等因素的制约。（三）国内氦气产业链基本成型，液氦储存等关键技术装备还需提升当前，国内氦气资源的发现明显加快，但氦气资源评价的技术手段仍在探索中。中国天然气粗氦提取、粗氦精制、气氦储运技术已经较为成熟，基本可满足规模建设提氦工程的需要，但大型氦气液化和液氦储存技术尚处于攻关阶段。目前国产氦气液化器已研制成功，但其性能、可靠性尚有提升空间；目前尚无国产化的液氦储罐液，其关键技术和难点在于结构设计和绝热材料。当前，中国生产的天然气以净化后直接管输利用为主，通过低温法提氦需要液化大量天然气，能耗高且不经济，但对于现有液化天然气工厂开展尾气综合利用具有广阔前景。2014年以来，中国LNG-BOG提氦技术与产能建设飞速发展，将成为中国氦气战略资源保障的重要力量。2020年以来，依托大型低温制冷技术孵化的北京中科富海低温科技有限公司，在BOG提氦领域取得里程碑式突破，成功研制出国内首套LNG-BOG低温提氦装置，并与多家公司合作建成多条LNG-BOG提氦生产线，形成了高纯氦气和液氦生产的自主关键技术和装备。（四）氦气产业的战略地位有待提升，资源管理模式有改进空间在国内，氦气对战略性新兴产业发展的基础保障作用尚未得到全面高度重视。目前，对氦气资源管理存在两种模式：一是“威远模式”，即将氦气视为天然气的伴生资源，在天然气开发过程中提取和综合利用。在这种模式中，中国缺少类似于美国“氦气法案”的政策法规，没有明确油气公司和政府部门在氦气提取和采购中的权利和义务，难以对油气公司进行有效约束和提供政策激励。二是“渭河模式”，即将氦气作为独立矿种，引导社会资金对富氦天然气和水溶气中氦气资源的勘探、开发和提纯的投入，快速推动中国氦气产业发展。将氦气作为独立矿种进行勘探开发是短时间内解决中国氦气资源短缺的有效方案，但全国有且仅有陕西省设立了中国首个氦气探矿权。氦气作为独立矿种进行矿权配置的政策法规并不明确，并且与已设立的石油、天然气矿权存在冲突风险，如何科学有效地促进氦气资源开发利用还需要继续探索完善。*文章原载Institut français des relations internationales，原题为“Hélium: les nouvelles géographies d'une ressource critique”，限于篇幅，文章有删节。
Aurélien REYS作者：奥雷利安·雷斯发展地理学博士，法国地质调查局研究员。
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