中国对氦气出口进行了管制,这次咱们是为了自保。

根据央视的报道,中国宣布了芯片关键原材料临时出口管制,这项材料就是氦气。这项出口管制一出,咱们国内芯片行业都舒了一口气,为什么会这样呢?最主要就是自保。

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氦气属于不可再生的稀有资源,而我们国家自己的氦气供应长期高度依赖进口,对外依存度常年卡在85%到90%,进口来源几乎就绑在卡塔尔和俄罗斯这两家身上。

现在卡塔尔的氦气因为美伊大战被迫停产,而俄罗斯又宣布对氦气进行出口管制给亚洲的出口配额直接砍到往年的四成,要到2027年底才结束。

两大外援一个中断,一个大减,全球市场一下子就出来一个巨大的供应窟窿。这件事必然也会影响到咱们。中国只能立刻采取行动,对氦气出口进行管制,把国内产出和加工的氦气优先保给自己的半导体等产业。

看到这,很多人可能会担心,那么中国的氦气有保障吗?答案那就是早有布局。

中国氦气出口管制,是为了稳住国内产业发展

大家可能不知道,氦气这气体究竟有多重要。

首先造芯片这事儿,离了氦气根本转不动。芯片生产的很多环节,比如在硅片上刻电路、沉积薄膜、退火处理,这些步骤必须在一个完全没有干扰的环境里进行。而氦气天生稳定,几乎不跟任何材料发生反应,所以用它来填充工艺腔体,把空气和杂质隔开。

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同时芯片加工过程中温度控制非常要命,差个零点几度,一整批硅片就可能报废。氦气传导热量的速度极快,用它来把热量带走或者保持温度均匀,是最可靠的。

而到了最尖端的芯片制造环节,需要用极紫外光把电路图案刻在硅片上,这种光刻机的镜头在作业时会大量发热,稍微热变形一点,光刻精度就毁了,必须靠氦气来强制冷却镜头。

简单说,没有稳定的氦气,先进芯片产线没办法维持合格的成品率和设备开动率。

至于航天和军工领域也一样,液体运载火箭的燃料储箱在发射前要靠氦气增压,推进剂管路得用氦气吹除杂质和湿气,航天器的精密零件要用氦气来查漏,因为氦气分子极小,有一点缝隙就能测出来。

就连战略武器的惯性导航平台运行,也需要特定纯度的氦气。这些用途目前找不到替代办法,所以氦气被列为支撑制造和国防能力的基础物资。

中国的氦气家底太薄了。全世界的氦气几乎都来自天然气田,全球出口主要集中美国、卡塔尔、俄罗斯和阿尔及利亚这些国家。我们的天然气田普遍含氦量低于百分之零点一,这个含量实在是太低,很长时间里根本不具备商业化提纯的条件。

中国工业气体工业协会的数据显示,2023年国内氦气消费量差不多是2100万到2200万立方米,但自己生产的高纯氦气连300万立方米都不到,进口依赖度妥妥超过85%。2018年之前,我们的进口氦气有将近一半来自美国,三成来自卡塔尔,剩下的是俄罗斯和其他地方。

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但是现在不一样了。美国那边把氦气列为关键矿物,纳入了国防储备和出口审查的框架,对氦气出口搞起了最终用户和用途核查。受这个影响,中国从美国直接进口的氦气份额一年比一年少,进口方向转到了卡塔尔和俄罗斯。

卡塔尔靠着北方气田的液化天然气产业,配套建成了全世界第二大的氦气提取和提纯体系,成了我们买方市场的主要靠山。俄罗斯也在阿穆尔天然气加工厂建起了大型氦气装置,向亚太市场大量出口。两个新渠道打开,让氦气供应一度稳了下来。

可现在又因为地缘风险,很快打破了脆弱的平衡。卡塔尔那边因为美伊大战,氦气出口直接停了。俄罗斯宣布对氦气进行出口管制,出口数量一下减掉四成。两个主力渠道,一个因为战火中断,一个因为政策收紧,我们能从外面拿到氦气的环境一下子变得非常紧张。

在这个背景下,中国对氦气出口实施管制,道理很清楚:氦气要求先紧着国内战略产业用。说到底,就是用政策把国内产出的氦气锁定在芯片扩散炉的腔体里,锁定在运载火箭的增压管路上,保证高技术产线和国防项目不被全球供应链突然断开打趴下。

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这是在资源家底不厚的情况下,保住产业生命线的硬手段。

那么既然中国氦气都要依赖进口,为什么中国氦气出口管制,会影响亚太半导体产业,尤其是韩国和中国台湾的芯片先进制程。

中国氦气出口管制,如何影响亚太半导体

大家可能不知道,中国在全球氦气贸易链条里的角色很特殊,虽然不是原料产地,而是加工转口和现货市场调节的关键一环。

这几年国内建起了多套粗氦提纯工厂,中国企业从卡塔尔、美国等国买进来纯度很低成的粗氦,运回来后经过降温分离、脱除微量氢气等一系列加工,提纯到99.999%以上,然后除了供给国内的液晶面板、光纤、核磁共振和半导体,每年还有大约290万立方米的高纯氦气以现货形式卖给韩国、中国台湾和日本。

这个290万立方米,在亚太地区现货流通总量里占了差不多26%。这是因为全球三大氦气出口国美国、卡塔尔和俄罗斯的销售几乎全部走长期合同,合同期五年到二十年不等,可以说锁定了欧美大气体公司和主要芯片制造商的基本用量,这些长协气源基本不会流到现货市场里去。

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当亚太地区的晶圆厂扩产提速、库存意外消耗或者长协交付出问题的时候,能够随时调用的活水供应,几乎全得靠中国转口的这点现货。

我们刚刚说了,氦气在先进芯片制程里是工艺的必需品。在5纳米、3纳米这些节点,极紫外光刻系统要用高纯氦气作为缓冲气体维持光学精度,多晶硅刻蚀、氧化层刻蚀用氦气当载气和冷却气体,晶圆冷却环节也靠它快速带走热量。一片12英寸硅片在先进逻辑制程的全流程中耗掉0.5到1.5立方米氦气很正常。

我们看看台积电南科厂区,一个月生产10万片以上3纳米硅片,单月氦气需求就是几十万立方米,三星电子平泽园区做存储芯片的先进产线消耗同样巨大。

这些厂的供应设计都是建立在一个假设上:长协和现货两条腿走路。要知道韩国一滴氦气都不产,中国台湾也一样,他们的长协气源又主要来自卡塔尔和美国。现在卡塔尔供气中断,中国再管制出口,首先蒸发掉的就是那每年290万立方米的现货流量。

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所以韩国三星、SK海力士,中国台湾的台积电、联电、美光,它们的先进制程厂马上会面临长协之外的缺口无法填补的问题。氦气储存要靠特制的高压容器,工厂现场一般只备着几周的用气量。库存一旦降到警戒线,工程师没有别的选择,只能调低设备使用率,或者把部分不急着用的工艺腔体停下来,产量和良率都会直接受到冲击。

你像2021年底到2022年初,日本九州和关西的多座功率半导体、图像传感器工厂,就曾经因为现货氦气紧张、部分长协断供被迫减产,当时帮着堵上缺口的一条主要路子,正是从中国调运过去的罐装氦气。现在这个活水阀门关掉了,亚太的芯片产线想不受影响都难。

中国作为全球主要的氦气进口国,现在全球氦气供应出现明显的缺口,为了不影响中国半导体产业的发展,中国早已布局

中国两大布局,稳住氦气供应

实际上,我们也知道氦气很重要,所以我们很早就开始了布局。

第一个大布局,就是把低含量天然气提氦的技术彻底拿下。我们自家气田里的氦含量实在低,只有万分之三到万分之五,跟国外富氦田动辄百分之一到百分之七比起来差太远,天然的原生粗氦产能有限。

而过去卡住脖子的不单是资源差,还有关键设备。从天然气里把那么稀的氦气提出来,需要用极低温的设备把气体分开,以前里面的核心机器,比如极低温旋转机械、特种换热器和氦液化器,必须从国外买。

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现在中国企业和科研机构已经把这些设备全部打通,从原料气预处理到深冷分离再到粗氦储存,整套装置都能自己造。

宁夏盐池的天然气提氦项目最先用上了国产化设备,原料气含氦量只有0.06%,照样稳定产出粗氦。按正在建设和规划的项目统计,到2030年,我们自己的粗氦年产能可以突破300万立方米,差不多能满足现在年需求量的13%以上。

还有一个更稳定的来源,就是液化天然气接收站的闪蒸气回收。中国已经连续多年是全球最大的液化天然气进口国,沿海摆着超过20座大型接收站。液化天然气在码头气化送进管道的时候,由于压力和温度变化,会不断产生一股闪蒸气,以前这些都是直接拉到火炬烧掉。

可就是这股准备放空烧掉的废气里,氦含量一般有0.8%到1.2%,比国内常规气田里的含量高出几十倍。现在,相关工程企业对这些接收站进行改造,加上提氦装置,利用压力变化和选择性吸附的办法,把放空尾气里的氦气截下来。

这条路的原料本就是零成本的废弃气,只需要扛住设备的能耗和折旧,可以说成本很低。中石油如东接收站已经建成了示范装置并且稳定运行,中海油、国家管网旗下多个接收站的同类设施也在设计或建设中。

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如果全国一半以上的大型接收站都装上这种提氦设备,一年回收的粗氦能超过100万立方米,这会形成一条不受矿权限制、不用新开气源的特殊氦气供应链。

第二个大布局是海外权益锁定,而且不是拿钱去现货市场买液氦,是通过帮对方搞工程、提供设备,换来长期的粗氦供应合同。

你像俄罗斯的阿穆尔天然气加工厂,是“西伯利亚力量”管道的配套大工程,氦气年产能设计达到6000万立方米,占全球需求量的将近四分之一。

由于制裁,西方公司没法交付一些关键模块,中国企业就顶上去,参与后续建设并且提供相关设备。通过这种合作,中方企业和俄方签了长期粗氦供货协议,每年能稳定运回千万立方米级别的粗氦原料。

粗氦运到国内,再送进自己的液化提纯工厂加工成高纯液氦,这样就把精炼和液化的环节留在了自己手里。就算俄罗斯现在对氦气搞出口管制,也不影响我们从俄罗斯按协议进口粗氦。

另一条海外通道在哈萨克斯坦。哈萨克斯坦的苏克气田氦含量在0.2%到0.6%,储量可观。中油工程建设公司直接承担了这个气田地面工程的总包,包括天然气处理和提氦装置的建设。

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因为是总包方,中方拿到了这个气田粗氦的长期优先购买权,未来一年能拿到的氦气量能有200万到300万立方米,相当于中国年需求量的10%左右。苏克气田的氦资源不走海上运输,直接在陆上就能送到国内,供应安全的抗中断能力更强。

从自己解决低含量氦气提炼,到接收站废气回收,再到从俄罗斯和哈萨克斯坦锁定长期粗氦合同,这几条路同时在走。随着这些布局逐步落地,中国氦气供应被人卡脖子的局面将会从根本上扭转。