近日，中国工程院院士、浙江大学化学工程与生物工程学院任其龙教授走进CCTV-2央视财经频道《中国经济大讲堂》，针对我国工业气体高端市场长期受制于人的困境，思索如何破解工业气体“卡脖子”问题，精彩解读《如何顺好工业这口“气”》。
一起来看主要介绍吧！
工业气体被誉为工业的“血液”，广泛应用于冶金、化工、电子、航天、医疗等国民经济的重要支柱产业与战略性新兴产业。电子特气作为其细分领域，更是被称为工业气体“皇冠上的明珠”。以氖气为例，其在半导体行业中有着重要应用。芯片制造常用的深紫外DUV光刻机通过准分子激光器产生特定波长的激光，而激光器内充填了97%的氖气。一直以来，全球70%的氖气都由乌克兰供应。但俄乌冲突导致氖气停产，供应短缺，价格暴涨20倍，从600元/立方米涨到1.5万元/立方米。一旦氖气断供了，国内半导体产业链就只能停摆。
目前氖气的主要制备手段是空气分离技术。空气分离，简称空分，是利用化工分离技术，将空气中的各个成分分离开来，获得各种气体产品。空分原理并不复杂，难点在于空分设备，尤其是大型、特大型空分设备。长期以来，世界空分市场被德国林德公司、法国液化空气、美国空气产品、美国普莱克斯四大气体公司垄断，相关产业发展严重受限。
我国空分产业从50年代起步，经过了摸索、合作、自主研发等几个阶段。2000年前后，得益于钢铁、煤化工等产业的快速发展，我国的大型、特大型空分成套技术与装备有了质的飞跃。目前，我国的空分产业已经从新中国成立初期的依赖进口发展到能够实现大型空压机、换热器的自主研发制造，实现精馏核心技术的国产化。我国空分技术的进步使得中国在全球氖气市场的份额已经达到40%左右，超过乌克兰，有力保障了我国相关产业的健康发展。
除了氖气，半导体生产的抛光、外延、沉积、刻蚀等环节也都离不开各种各样电子特气的参与。电子特气对纯度要求极其苛刻，这也导致了其生产技术门槛高、需要长期积累和研发投入，资质壁垒和精密设备的缺乏也使我国不得不长期依赖进口。近年来，随着芯片国产化率的提高，电子特气的国产化是大势所趋，因此面对电子特气卡脖子风险，我们必须尽快开发出关键电子特气的国产化技术，把国民经济的安全命脉牢牢抓在自己手里。
在航空航天、核电、光纤等领域广泛应用的氦气也面临着卡脖子风险。氦气在空气中含量较低，空分提氦很不经济，因此含氦量是空气成百上千倍的天然气是目前氦气的主要来源。但是氦气资源全球分布非常不均，主要集中在美国、阿尔及利亚、俄罗斯等少数国家。相比之下，我国含氦量很低，仅为美国1/20，这导致了提取技术难度更大，成本更高。我国氦气对外依存度长期在95%以上，对国家战略安全构成极大威胁。
要想避免氦气被“卡脖子”，我们必须自力更生，自己生产氦气。美国氦气丰度高，采用工艺简单、技术成熟的深冷法制氦。但由于我国天然气含氦量低，美国那一套成熟的天然气提氦生产工艺并不适用，因此我们必须针对我国天然气特点，开发新的生产技术。目前有比较成熟的两条工艺路线，一是将膜分离、常温变压吸附、低温吸附等新型分离技术与低温精馏耦合起来，合理地选用和组合；二是在生产液化天然气(LNG)的同时，利用其副产的闪蒸气(BOG)，生产氦气。2020年国产首台套BOG提氦装置在宁夏盐池成功示范运行，填补了国内空白。2021年，在内蒙古万瑞建成中国最大LNG联产提氦装置，年产能50万方氦气;2022年，在重庆建成以低温吸附为核心的LNG氦气提纯项目，可年产5N的氦气20吨以上。这几年提氦装置的开发与投运，有效缓解了我国氦气供应的紧张局面，也部分缓和了国家战略气体资源的“卡脖子”问题。
近年来，党和国家高度重视工业气体产业的健康发展，特别是党的十八大以来，我国工业气体产业驶入了“快车道”，在资源、技术、装备、产品等各个方面取得了显著的进步，自给率不断提升。未来，工业气体产业要面向新型工业化建设任务，提升高端化、智能化、绿色化水平。聚焦事关发展和安全的战略需求，找准“卡脖子”、“掉链子”薄弱环节，着力补短板、锻⻓板，提升产业体系自主可控能力，保障极端情况下国民经济循环畅通。推动产业创新向原始创新和创新引领转变，不仅要顺好工业这口“气”，更要在踔厉奋发、勇毅前行的新时代伟大征程中昂首自立、扬眉吐气!
任其龙院士团队目前致力于电子特气及其它多品类工业气体的分离纯化工作，基于分子辨识分离原理，开发了含氟特气净化专用吸附剂，构筑了有序的亚纳米超微孔道结构，能够专一性地将含氟特气中微量的杂质进行捕获，产品纯度可达6个9，处理能力比现有吸附剂提升了2倍，能耗比传统的精馏技术下降80%。为了加快研发进度，还与龙头企业共建浙江省高端化学品技术创新中心，推进研究成果快速落地转化。
（内容来源：浙大化工微信公众号 文章根据微信公众号“中国经济大讲堂”——任其龙院士做客央视《中国经济大讲堂》：如何顺好工业这口“气”，做文字整理）
编辑：浙江大学融媒体中心学生记者团人民号学生记者 朱一铭
责编：吴雅兰