气球里的氦,是一种战略资源美国能大量生产,但中国很难做到
1937年的5月6日,德国著名齐柏林飞艇兴登堡号跨过大洋,飞到美国新泽西的雷克赫斯特,准备与锚泊塔相连,完成一次跨大洋的远航。
(兴登堡号飞艇)
许多记者都守候在这里,等待着拍摄兴登堡号降落的瞬间。结果就在他们举起各种摄影器材准备记录这一瞬间的时候,兴登堡号却突然燃起了熊熊大火。
火势迅速地从艇尾向前方蔓延,仅仅34秒,飞艇就变成了一堆滚烫的残骸,轰然坠地。这场事故共造成22名乘务人员、13名乘客和1名地面工作人员遇难,62人奇迹般地生还。
(熊熊燃烧的"兴登堡"号是20世纪最著名的空难场面之一)
(兴登堡号最后一次飞行上部分被烧毁的邮件)
兴登堡号惨烈的一幕, 成为人类痛苦的记忆。从此之后,人们对于大型的硬式飞艇充满了恐惧。
但事实上,真正的恐惧来源并不是硬式飞艇本身,而是在于巨大的艇体中填充的氢气 。氢气是一种脾气非常爆烈的易燃气体,只要沾到火星,燃烧的速度简直是堪比汽油和炸药。
事实上,早在兴登堡号出现惨烈事故之前,英国的"R101号"飞艇也曾经发生过同类的事故。整个飞艇被爆炸点燃的氢气烧得只剩下一幅"骨架",飞艇上所载的55名乘客和机组人员中,48人遇难,7人幸存。
(英国"R101号"飞艇)
("R-101号"飞艇烧毁后的残骸)
今天,我们都知道氢气是一种易燃的气体,即便是家长给孩子买一个玩具气球,也会去担心气球中填充的是氢气还是氦气。按照安全的规范,氢气已经不允许作为玩具气球的填充物。
那么在当年,人们不知道氢气这么危险吗?为什么使用氢气,而不是使用今天我们更常用的氦气?
(现代的氦气飞艇)
(氢气飞艇燃烧)
事实上,这个问题并不难解答。
早在兴登堡号建造之初,它的设计者们就认为,这种飞艇应该填充安全的氦气,氦气既能产生浮力,同时也没有燃烧的特性。然而麻烦的是,当时德国的工业能力并不具备制造如此大量氦气的水准。
当时的氦气最大的生产国是美国,事实上直到今天,美国仍然是主要的氦气生产国和出口国。在兴登堡号即将建造完成的时候,美国接到了德国政府购买氦气的请求,但当时的美国非常果断地拒绝了。
拒绝的理由很可能是源自一战时期,德国的飞艇对欧洲实行的轰炸。那个时候,美国担心德国会把氦气用于军事飞艇的用途。
在兴登堡号出现惨烈事故之后,许多民众纷纷致信美国政府,要求允许向德国出售氦气。
既然氦气是用作民用飞艇的话,美国政府对此也有所松动,准备考虑向德国出口氦气。但是还没等购买协议完成,就发生了1938年德国吞并奥地利的事件。于是在德国军事化的背景下,向德国出口氦气的举动再一次的被叫停,德国最后也没有能够拿到氦气。
(1936 年 5 月 9 日,新泽西州莱克赫斯特的美国海军航空站,德国制造的兴登堡齐柏林飞艇从后面展示)
与此相对比的是,美国在30年代建造的大型硬式飞艇,像梅肯和阿克伦号都采用了氦气,充气量之大几乎是耗掉了美国当时所有的氦气储备。
那么氦气为什么这么贵重,又这么被珍视?
(美国梅肯号飞艇)
氦气虽然在我们自然环境中的空气里是存在的,但是它的含量只占到了0.0005%。如此的微小的含量,几乎难以从空气中提取。
通过工业实践,人们发现在某些油气矿藏所生产的天然气中,氦气的存量相对比较高,体积百分比是0.3%。虽然这个数量也不大,但是比自然空气中已经是相当于算是富矿。
为什么氦气如此少?
在自然的大气环境中,氦气很容易游离到大气层的上端,逃逸到宇宙空间去。而在地层的深处的天然气中,由于有地层很好的遮蔽作用,所以氦气能够留存下来。然而即便如此,氦气的制取也非常困难。
首先要把这些天然气经过一些清洁和过滤,除去其中的水、二氧化碳、硫化氢等杂质,然后就是一轮一轮的低温工艺。氦气是目前我们人类所知的气体中,最难液化的一种,它的液化温度达到了零下268度。如此的低温,使得低温冷却工艺成为提纯的手段。
一轮一轮的冷却,逐步地把其中的氢、氩、钠等气体除掉,最后会获得纯度达到99%的氦气,所以它的制取成本非常的昂贵,制取的工艺也极度的复杂。
目前,世界上主要的氦气生产基地仍然是在美国和卡塔尔,这个既受限于地理的特征,也受限于制取的工艺。
(数据来源:观研天下数据中心整理)
直到今天,氦气仍然被认为是一种重要的战略资源。像核磁共振设备中的冷却气体、电子元器件制造中的冷却和保护气体,都要大量地使用氦气。
正因如此,中国和俄罗斯等国如今都在积极地加大氦气生产的技术研发,中科院连同一些工业企业已经完成了氦气制取工艺的验证工作。
(氦气在科学仪器中用作冷却剂)
小小的氦气看似其貌不扬,但是在整个的工业体系中却发挥着重要的作用。
中国的工业能力要提升,仰仗于大量的从事基础工业的人员,这些人平时可能默默无闻,或者很少出现在新闻焦点和关注的镜头中,但是他们的工作实际上是一个国家工业能力最为底层的支撑力量。
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