世界上的氦气并不稀缺,但开采氦气并不是一件容易的事

世界上的氦气并不稀缺,但开采氦气并不是一件容易的事

上周,美国最受欢迎的派对气球公司之一、总部位于新泽西的 Party City 宣布将关闭其在全国 870 家门店中的 45 家。据该公司称,由于各种原因,该公司平均每年已经关闭 10 到 15 家门店(至少在过去几年中)。最近门店关闭数量的增加主要是由于第一季度销售额下降。

但可能还有另一个原因:全球氦气短缺。

虽然官方发布的声明没有将氦气供应短缺与零售店关门直接联系起来,但它确实表示,在考虑第一季度收益结果时,氦气供应有限已被考虑在内。派对商店的库存远不止氦气,但用惰性气体填充气球是其核心职责之一。在网上订购的时代,氦气还能将人们带到商店,通过吸引人们到店后购买更多东西,间接地赚取更多利润。

此类消息,以及每年感恩节梅西百货感恩节大游行占据美国客厅电视的报道,让人觉得人类正面临全球氦气短缺危机。氦气确实是一种稀有物质,其资源有限。但我们世界氦气供应的状况远比这更加微妙。

我们的氦气真的用完了吗?

事实上,地球并没有真正耗尽氦气。但我们利用现有氦气的能力确实有限。

科罗拉多州立大学高级研究员克里斯托弗·里斯纳 (Christopher Rithner) 表示,从宇宙的角度来看,氦的储量极其丰富。但在地球上,氦的供应相对有限。最大的原因是简单的物理原理。我们的星球本质上是一块巨大的岩石,其核心由多种元素组成。但氦不会与任何一种元素结合。因此,就像地球外的宇宙一样,它仍然自由漂浮。而且氦非常轻,地球的引力不足以将其抓住。它实际上达到了自己的逃逸速度,很容易就冲出了我们的大气层。

我们还没有失去所有氦气的原因是,像铀这样的物质衰变非常缓慢,形成了惰性气体,然后被困在岩石和其他周围的矿物之下。这提供了不错的氦气储量,但它们位于卡塔尔等地区(约占我们进口量的 79%),由于政治和经济挑战,这些地区开采起来比较困难。因此,从科学的角度来看,世界上的氦气供应量并不是特别少,但它是有限的,我们获取它的能力也是有限的。

派对气球的作用到底有多大?

气球是迄今为止氦气最明显的用途——它们色彩鲜艳的橡胶和乳胶可以漂浮在空中。但其他不太明显的用途占据了我国氦气供应的大部分。当你将固体物体浸入一桶液态氦中时,这些物体就会变得超导,从而使电流能够持续流动而不会产生热量或阻力。这种独特的特性使氦气在各种科学研究中广受欢迎,包括将燃料压入太空的火箭发动机和 MRI 机器中,以有效冷却成像磁体。

根据美国地质调查局 (USGS) 的数据,2018 年,“升力气体”(包括热气球、飞艇和其他漂浮装置以及派对气球)占所有氦气使用量的 17%。 Rithner 推测,派对气球所占比例更小。与此同时,MRI 消耗了我们 2018 年总氦气使用量的约 30%。其他实验室应用使用了 14%;焊接消耗了 9%;6% 用于工程和科学应用;泄漏检测和半导体制造各占 5%。

那么,我们如何才能保留现有的氦气呢?里特纳和其他一些经常使用氦气的科学家已经开始回收他们自己的氦气。在他们的实验中,氦气装在类似热水瓶的大瓶子里。为了防止氦气泄漏到大气中(地球引力会将氦气永远送入太空),研究人员连接了一个压缩机来回收气体、加压并储存起来。在净化并凝结成液体后,科学家们就可以再次重复使用这种氦气了。总的来说,这种捕获方法回收了容器中大约 80% 的原始氦气。

里斯纳说,并不是每个科学家都以这种方式回收氦气。美国地质调查局 2019 年的一份报告指出,在美国,“大批量应用中使用的氦气很少被回收……在世界其他地方,氦气回收的做法更为普遍。”但里斯纳表示,他希望这项不断完善的技术将来能被更多科学家甚至主要气球用户所接受。

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