一：氦气的作用
1895年，英国化学家威廉.拉姆赛在研究钇铀矿时发现一种气体，英国光谱学家和物理学家威廉.克鲁克斯命名为Helium，元素周期表属于零族元素，这是一种惰性气体，常温下无色无味，在水中的溶解度很低，密度仅有空气0.138，是已知熔点、沸点最低的元素，化学性质不活泼，基本不形成化合物，液化后温度接近 - 268.9℃，导热性很强，冷却的金属电阻会完全消失，因有极端低温特性和绝对的化学惰性，还广泛应用于工业的原材料，从半导体工厂光刻机的冷却系统、核磁共振成像、量子计算机，到火箭发射都不可或缺，被美国列为利益至关要的35种关键矿产之一。
氦气最常见的用途是清洗液体火箭发动机的液氢罐和管道，运载火箭主要使用液体火箭发动机，但液体火箭发动机的液氢推进剂温度低，需要加压低温贮槽液面上部空间，以提供直接输送压力，其他气体清洗和增压液氢罐和管道系统时会被冻结，堵塞管道和阀门，而氦的液化温度远低于氢，，火箭壳体的结构材料因推进剂不同也各不相同，普通钢材碰到-183C的液氧比玻璃还翠，所以必须有足够的塑性，为了防止渗漏，材料焊接质量要求很高，火箭壳体尺寸又很大，焊接成型后无法再进行热处理。
要克服这些问题，焊接过程需要氦气进行保护，氦气的高电离作用和高声波速度使其可以成为电弧焊接介质，保证电弧电离、电弧稳定及功率变换，确保焊接的均性和质量稳定性，氦气在航空、航天、导弹，舰艇要求较高的焊接应用广泛，主要是熔化金属时阻止其和大气中的氧和氮反应，钨电弧焊要用氦氩混合气保护，在等离子体电弧装置中作为工作介质产生等离子体射流用来切割航空合金，金属冶炼时也用于作载气输送产品，并作为惰性气改变反应速率，氦气还是氨氖激光陀螺仪的激光气体，用于飞机、舰艇、导弹导航和制导，还是高超音速风洞实验气体，当加热到1000K时，风洞可达到42马赫。
氦气全球年消费量2007年为1.62亿立方米，现在为3.2 亿立方米，随着中国半导体、医疗、航天制造业的快速发展，氦气的需求持续增长，2016年进口1765万立方，2017年进口量2006万立方米，增长13.5%，2018年进口2290万立方米，增长23%，2025高达3000万立方米，半导体制造占比达28%，一座晶圆厂年耗超100万立方米纯度 99.9999%的超纯氦气作为保护气和冷却剂，一台核磁共振设备年耗1000 升作为超导磁体的制冷剂，全国6万台核磁共振设备年总消费量达900万立方米，发射一次运载需要20万立方米，空间站一年需要50万立方米，一座100万千瓦核聚变电站年耗1000 万立方米，量子计算机一年消耗2000立方米，并以每年 15% 的速度增长，光纤制造年消耗量增速也达14%，进口占比一度高达95%以上。
二：中国的氦气短板
氦气在宇宙中储量丰富，但是在地球上不可再生的稀少资源，形成于地壳深处放射性元素的 α 衰变，在地球上有两个来源，一是从大气中提取，可由于空气中含量仅百万分之 5.2，成本巨大，极不经济，二是从天然气中提纯，先由矿物中铀、钍元素通过放射性衰变产生，再通过扩散作用或者矿物重结晶进入岩石孔隙，当在孔隙水中通过气泡时进入气相，水中的氨浓度迅速降低，气相中氦浓度不断升高，然后随着熔体和火山活动扩散到地壳上部，在气水界面溶解形成富氦天然气，这个过程非常缓慢，要经过亿万年积累才能形成0.1%的可开采浓度，具有古老富铀、钍含花岗岩的沉积盆地内的天然气中浓度最高可达10%以上。
因为这种成矿条件非常特殊，造成资源分布格局极端集中，全世界氨气资源总储量为519亿立方米，可采160 年，美国一国就占了206亿立方米，占比达40%，年产量约0.91亿立方米，稳居全球氨气资源储量首位，其次是卡塔尔，储量达101亿立方米，占全球储量的22%，年产量约0.45亿立方米，阿尔及利亚拥有82亿立方米，年产量约0.14亿立方米，俄罗斯拥有68亿立方米，年产量约0.03亿立方米，加拿大拥有20亿立方米，中国储量为11亿立方米，仅占全球总量的2%，资源分布极为分散，主要在塔里木和柴达木盆地，浓度仅为0.04%-0.1%，而美国与卡塔尔浓度普遍在0.3%-2%之间，最高达到7%。
富氦天然气要通过钻探开采后先用醇胺法去除杂质，将原料气纯度提升到99.5% ，再利用氦气与甲烷、氦气的沸点差异通过低温精馏工艺分离，再将原料气降温至 - 160℃，使甲烷、乙烷液化，剩余含氦 70%-90%的气体即为粗氦，去除氮气、氢气等杂质得到纯度 99.999%的高纯液化氦，进一步提纯可达99.9999%， 通过这种工艺，2023年中国生产了350万立方米氦气，只够国内需求的十分之一，其余83%都需要进口，2024年进口量是 2400万立方米，达82%，其中6N 级超纯氦进口占比达45%，全部来自美国空气产品公司和卡塔尔拉斯拉凡工业公司，5N 级进口占35%，工业级进口占20%。
美国曾经是中国氦气的最大进口国，占比长期超 50%，自1963年以来，美国就在全球氦气市场拥有绝对的话语权，对华出口的氦气要求在合同上注明只用于非军事目的，美国还随意减少供应量，使价格波动巨大，1990年以来，美国政府多次垄断或者调节的氦气供需，2018年美国将粗氨拍卖量从2017年的14.16亿立方米减至2018年的5.95亿立方米，价格立即从4.29美元/立方米涨至10.1美元/立方米，上涨135%，2022 年俄乌冲突后，价格又上涨 30%，在中国高端制造业对氦气需求量逐年增长时，美国国内的“鹰派”也计划对中国禁运氦气。
美国陆军国防采购大学出版的《国防采购技术与后勤》杂志，发表了一篇名为《上升与离去:氦气市场》的文章，作者约翰·G.费拉里是美国陆军试验和鉴定司令部白沙导弹靶场司令，曾在美国陆军参谋部负责与资源工作，文章认为氦独特的性质使其在电子装备、医疗设备、工业应用航天系统和防务系统无可替代，但氨的储量有限，全世界也就390亿立方，而世界对氦气的需求以每年8%的速度增长，因此有很高的政治风险，未来会面临有可能被政治战或者经济战所破坏，费拉里建议美国政府为了美国的国家利益，收购国内多余的氦气，增加氮的战略储备，而不是出售氦气。
三：中国的自主化突破
中国似乎早有准备，2024年从美国进口的氦气骤降至5%，卡塔尔和俄罗斯成为主要进口国，分别为53%和43%，尽管进口渠道多元化降低了风险，但仍未改变依靠进口的局面，卡塔尔、俄罗斯因战争局势紧张出口中断，引发全球供应紧张，价格波动成为常态，2025年中东局势紧张时卡塔尔中断出口15天，晶圆厂单厂年增成本超亿元，而且氦气提纯是的很难技术难题，80%的提纯技术被美国、卡塔尔长期垄断，氦气提纯低温制冷机组、透平膨胀机等关键设备由美国泰莱华顿公司垄断，根本不会出口中国，国产的7N 级超纯氦提纯设备、大型氦液化器的关键部件仍要进口。
50家氦气生产企业中只有5家产能超100万立方米，中小企业技术水平落后，只能低端生产工业级氦气，为免受制于人，中国近十年加大了地质勘探，于2023年在陕西渭南发现首个浓度高达0.5%-0.8%的独立氦气藏，不过可采储量仅有1.2 亿立方米，四川盆地、鄂尔多斯盆地等五大盆地页岩气探明了80 亿立方米储量，但生产成本比天然气高出 40%以上，新疆塔里木盆地现在是最大的生产基地，年产150万立方米，陕西渭南年产100万立方米，青海柴达木盆地、四川盆地正在推进页岩气项目，在煤层气资源中用碳分子筛 - 沸石复合膜技术也能提氦。
此外，中国还通过 “以投资换资源” 的模式在阿尔及利亚、莫桑比克，坦桑尼亚布局优先采购权，在坦桑尼亚援建的姆贝亚氦气提纯厂已投产，年产300万立方米，阿尔及利亚的哈西鲁迈勒气田2026年投产，年产200 万立方米，国内产能2024年比上一年增长近40%，6N级超纯氦产能从2020年的零增长到2025年的150万立方米，预计到2030年，中国氦气年产量可以达5000 万立方米，其中超纯氦达1000 万立方米，自给率提升至35%，并通过海外投资控制全球10% 以上的产能，并在天津、宁波、青岛建立战略储备基地，储备可支持6个月的使用。
在提氦技术，中国2020年建成首套提氦装置，可产出5N级纯氦气，南开大学研发了碳分子筛 - 沸石复合膜技术，将氦气回收率从 75%提升至92%，膜分离 + 低温精馏耦合技术提氦成本降低 30%，能耗下降 40%，2025年又开发出 "低温精制及脱氖装置"，产出6N9级的超纯氦气，自主研发的低温制冷机组、透平膨胀机实现量产，大部分提氦设备国产化率达100%，7N级超纯氦提纯设备、大型氦液化器国产化率已从 2020年的20%提升至 75%。同时建立了回收利用体系，回收率达90%以上，半导体生产领域甚至98%，相当于新增千万立方米，另外成本仅1/5的液氢在焊接、制冷领域开始替代氦气，可减少20%需求 。
四：结语
2020年以前，中国氢气需求增长强劲，但国内开发程度极低，对外依存度高、进口结构单一，来源较为集中，因为中国政府的预见，短短几年内解决了氦气产业的的短板，保证高端制造与前沿科技发展，不然今天就会受到美国的报复式禁运，而美国十几年前就高喊稀土可能被 "卡脖子" ，但十几年来毫无作为，现在被中国禁运而束手无策，只要拖慢美国几年，中国在半导体、Ai技术，先进武器数量上就会压倒美国，这就是短视的代价，本质上是中国政府与美国政府治理能力的缩影。