击中要氦
击中要氦
全世界的氦气储量正在减少。价格飞涨，将来不只是聚会时用的气球没有氦气可充。有两位地质学家说，他们偶然发现了一处氦气储藏区，它也许能让其所在国完全改变面貌
Grad student Karim Mtili (right) collects gas samples in Itumbula, Tanzania.
Photograph by Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek
那天，布鲁耶特 (Josh Bluett) 和亚伯拉罕詹姆斯 (Thomas Abraham-James) 如果不是一路聊得找不到新话题，他们或许永远不会去读那篇让他们生活改变的 6 页文章。布鲁耶特和亚伯拉罕詹姆斯是两位澳洲地质学家，在澳洲布里斯班 (Brisbane) 时曾做过室友；两人一直从事为矿业和能源公司寻找贵金属和化石燃料的工作。2013 年 11 月，亚伯拉罕詹姆斯住在东非国家坦桑尼亚 (Tanzania)，在那里找金矿和铜矿。他邀请布鲁耶特过去看他。「我那时生活得很快活，是真正的历险，」亚伯拉罕詹姆斯回忆道，「我跟他说，『你应该来这里体验一下。』」
他们从坦桑尼亚三兰港 (Dar es Salaam) 驱车前往亚伯拉罕詹姆斯的公司正在寻找金矿的几个地点之一。在漫长的路途上，布鲁耶特看到车后座有一本政府出版的书——《投资指南：坦桑尼亚工业矿产》(Industrial Minerals in Tanzania: An Investor’s Guide)。书里总结了以往有关在坦桑尼亚各地发现矿藏的报道，其中有关氦气的一些数字吸引了布鲁耶特的注意。氦是宇宙间蕴藏量排在第二位的元素，但近年来地球上的氦供应一直处于短缺状态。几年前，在为他的雇主从事地质分析工作时，他曾经有过一些发现氦资源储藏地的经历。
Featured in Bloomberg Businessweek , Sept. 2, 2019.
Photograph by Tommy Trenchard (neon), Shawn Records (sodium), Christie Hemm Klok (berkelium), Carlotta Cardana (gold), and Kiliii Yuyan (neodymium) for Bloomberg Businessweek
人类使用的氦大部份来自美国和卡塔尔这两个国家，氦市场可能会因为技术因素或政治原因而在一夜之间受到严重压制。氦是一种无色无味的气体，可以在地下水、海水和湖泊中以液态形式存在，或存在于矿石、煤层和天然气田，或是热带海洋的沉积物或冰层里。但是它太轻了，很难控制。如果不将其密闭起来，它不仅会逃出容器，还会逃逸到大气层之外。回收氦气虽然有可能但实际操作很困难。从任何一个方面来讲，氦气都是不可再生资源，对各个领域的工程师和研究人员来说，它正变得越来越珍贵。而且，之前从未有人单独为了氦本身而去提取它。
在一个典型的矿山中，如果氦气浓度达到 2% 左右，那么将氦气从与之伴生的甲烷及其他气体里分离出来，就可以盈利。据《投资指南》(the Investor’s Guide) 一书中说，在坦桑尼亚西南部温泉蕴含的天然气里，氦气浓度可达 5% 至 15%。
「我当时想，这是写错了吧，」布鲁耶特说，「是不是把小数点标错了。」如果这个数字没错的话，等于是发现了一个比金矿更有价值的宝藏。「当时我们说，『别管什么金子了，我们去地质调查局找找原始报告，』」亚伯拉罕詹姆斯回忆说。在坦桑尼亚多多马 (Dodoma) 一幢低矮的楼房里，在一排用链子连起来、顶部装着带刺铁丝网的围栏后面，他们找到了一篇积满灰尘的 1956 年的论文，作者是英国地质学家詹姆斯 (T.C. James)。他在文章里分析了坦桑尼亚一带存在的天然气，发现这个国家温泉的氦气浓度高的时候能达到 17.9%。
不久之后，亚伯拉罕詹姆斯就试图说服他的雇主来坦桑尼亚开发氦气。但那家公司拒绝了，它的业务重点是金属。于是，亚伯拉罕詹姆斯和布鲁耶特辞掉了工作准备自己做。大约一个世纪前，美国政府开始在德州一家加工厂创建大量氦气储备。当时，政府是想将它用在齐柏林飞船 (zeppelin-style airships) 上，这种飞船曾被视为交通工具的未来趋势，但 1937 年，随着兴登堡号飞船 (Hindenburg) 在美国新泽西州上空发生爆炸，这个设想也被烧成了无数碎片。后来的太空计划证明，创建氦气储备的决定是正确的，但 1996 年时，国会不知道是怎么想的，竟然决定政府退出氦气业务。它要求德州那家氦气工厂的营运方美国土地管理局 (BLM) 在 2015 年前卖掉一大部份的氦气储备，它认为民营企业应该能填补供应缺口。
但最后这种情况并没有出现；而土地管理局的氦气之前很多年售价一直低于市价，因此当它根据 1996 年那项法案开始上调氦气价格时，很多氦气球已经用不起氦气。据氦气加工及零售公司 Air Liquide Helium America 总裁乔伊纳 (David Joyner)2012 年在参议院作证时说，涨价的事无法预知。土地管理局还开始附加各种收费。目前，氦气的主要用途包括电弧焊 (arc welding)、色谱分析 (chromatography)、医用激光、光纤、洲际弹道导弹和太空旅行。瑞士日内瓦 (Geneva) 郊外有一座用于研究尖端物理学的粒子加速器——大型强子对撞机 (Large Hadron Collider，简称 LHC)，为维持运转，这里每周需要 120 公吨的氦气。由于氦气具有超导性，理论上它能传输电力，这一点用于半导体制造是非常理想的。世界上所有核磁共振仪 (MRI) 的电磁线圈 (magnetic oils) 为防止过热都是浸在液态氦里面的。之所以能实现这一点，是因为氦气的气化温度为华氏-452.1 度 (约摄氏-268.94 度)，是世界上所有元素中最低的。当研究人员在南极想给物品再降温的时候，首选就是用液态氦。
Mtili extracts gas from a meter below ground, saving it in a bag.
Photograph by Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek
我们已知的所有大宗液态氦气都来自 6 个国家的 14 家加工厂。其中有略多于一半是在美国生产的，大约三分之一来自卡塔尔。美国土地管理局出售氦气储备的举动所预示的涨价前景到 2017 年 6 月果然出现了，当时，沙特阿拉伯和阿联酋以卡塔尔支持恐怖主义为由，对其采取封锁出口的制裁行动，致使卡塔尔的氦气从国际市场上消失。美国土地管理局提出实行配额制，随后于 2018 年 8 月举行了最后次拍卖，美国空气化工产品公司 (Air Products & Chemicals) 击败所有对手，竞得 100% 的氦气提供。2018 年 9 月，埃克森美孚 (Exxon Mobil) 在怀俄明州的氦气厂因为临时维修而关闭。跟锂一样，氦气的价格在各种大宗商品里也是比较不透明的，但有报道说，氦气价格较上一年上涨了 135%。鉴于氦气市场如此敏感，如果发现新来源，它有可能改变一个国家的经济面貌，比如像坦桑尼亚这样的国家。
即使是在氦气价格迅速上涨时，天然气公司也不会为了获得更多利润而增加氦气产量，因为它们能产出的氦气极其有限。「你会被困在主要产品上，」位于麻省戴德姆 (Dedham) 的顾问公司 Intelligas 的市场研究部主管加维 (Maura Garvey) 说，「用户方面，如果你是一家毛利率较高的大型制造商，或是政府的某个太空项目，你能消化涨价增加的成本。」但有些客户被告知，他们将拿不到之前合同里签的全部供货量，或者将支付更高价格。
对于要使用液态氦的科研团体来说，或对安装了几部核磁共振仪的医院来说，涨价或者削减供应量将给他们带来麻烦。或者，如果你是科罗拉多州朗蒙特 (Longmont) 的连锁超市 King Soopers，原本免费送给孩子们的气球就想都不要想了。今年早些时候，那里贴出一则通知说，「由于我们正经历全球的氦气短缺，来超市的孩子需要学习适应没气球的日子。」在 2013 年 11 月，当布鲁耶特和亚伯拉罕詹姆斯第一次在 Google 上搜索「氦」和「坦桑尼亚」时，网页上跳出巴里 (Peter Barry) 的名字。巴里之前曾发表过有关在坦桑尼亚发现的氦同位素的论述，另一位共同作者、当时正在英国牛津大学巴伦坦 (Chris Ballentine) 实验室工作的巴伦坦，正要发表有关一系列因素共同作用将导致氦气高度积聚的理论。
地球上的氦元素是铀和钍自然发生放射性衰变得到的产物。所有岩石里都有铀和钍元素，但这个衰变过程极其漫长，要数以十亿万年计，而且必须是相当古老的岩石才行。而这么古老的岩石里没有多少能封闭住气体的岩层，所以，你还需要通过一些地质活动让岩石有裂缝，让氦气逃逸，然后你需要加热将氦气推向裂缝，并在地表形成沉积，将其保存在沉积物层之间的空间中，就像在水塘中一样。
巴伦坦和同事达纳巴兰 (Diveena Danabalan) 发现，坦桑尼亚就是一个发生这种内部交互作用的地方。在非洲这个地质板块上，大约 20 亿年前就形成了古老的岩层，如此漫长的时间让它足以进行放射性衰变、产生出大量氦元素。3000 万年前，这个板块开始分离，形成了东非大裂谷 (Great Rift Valley)，从坦桑尼亚南部一路向北，穿过厄立特里亚 (Eritrea) 到达红海，绵延近 3000 公里。这个过程产生了使岩浆得以逃逸的裂缝，这些岩浆提供了推动氦气上升的热量。与此同时，沉积构造在地表上形成，提供了发现氦气的积聚层。
「这些因素的共同作用使得氦气有可能在地表积聚，」坦桑尼亚三兰港大学地质学讲师卡齐莫托 (Emmanuel Kazimoto) 说。布鲁耶特和亚伯拉罕詹姆斯让巴伦坦看了他们找到的那篇早期论文。「当我的某项理论被证明是正确时，我总是很意外，」巴伦坦说。他和巴里同意前往坦桑尼亚，对詹姆斯 58 年前发现的那处温泉重新进行采样。「他们不知道如何对那样的温泉采样，」巴里说，「这是我的专长。」
2015 年 9 月，布鲁耶特和亚伯拉罕詹姆斯两人合开了一家公司，取名 Helium One。亚伯拉罕詹姆斯担任董事总经理，布鲁耶特担任技术总监，他们还拿到了必要的政府执照。几个月后，亚伯拉罕詹姆斯和巴里坐上一辆租来的丰田汽车，一路尘土飞扬地开到伊土姆布拉村 (Itumbula) 的一个盐池 (salt pond)。这里位於坦桑尼亚南部，离赞比亚 (Zambia) 边境大约 80 公里。詹姆斯当年曾在这里用瓶子收集了高浓度的氦。巴里后来将样本带回英国，用一种叫做质谱仪 (mass spectrometer) 的专用设备进行分析，这种仪器比詹姆斯当年的设备要更精确。质谱仪证实了詹姆斯的发现。「虽然经过了这么多年，」巴里感慨地说，「我们看到的还是同样的宝贵价值，它让我们对测量数据很有信心。」
Villages like Itumbula rely on salt ponds like these for income.
Photograph by Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek
于 7 月 5 日，三兰港大学 26 岁的地质学研究生姆提利 (Karim Mtili) 走过一条狭窄的水边小道，它是为方便人们进入伊土姆布拉村的盐池而建的。他穿着足球短裤、一件白 T 恤，脚上是一双橡胶靴，手里拿着一只空的塑料水瓶、一只大漏斗，还有一根铜管。人类可能从 1 万年前开始就在此处获取盐份了，如今，它是伊土姆布拉村的主要收入来源。这个村离最近的医院大约需要花费三小时，没有公路，大部份居民都住在狭小的只有一盏电灯的棚屋里。但是，Helium One 公司或许能给这里带来改变。Helium One 在此发现的氦气资源收取的许可费有可能比坦桑尼亚一年的国内生产总值还要高 11%。
今年晚些时候，绘制地表蓄气区的工作就要开始了，在此之前，要收集数百份这个盐池渗出的水样。姆提利这次来就是为了收集最后一批样品。他蹚进水里。「 你能看见这些气泡吗？ 」姆提利兴奋地问。至少能看到 15 处渗气出口，它们在池底产生气泡，这些气泡以不同频率升到水面上。「如果它们来自同一个源头，那应该按同样的速度上升。所以，这可解释不同样品之间存在差异，」他说。
姆提利站在接近他大腿深的水里，将漏斗浸入水中，然后弯下身将漏斗开口推到池底的泥浆里。他同时用另一只手举着铜管，让气体升到里面。「必须把这个装满水，然后让渗漏的气体把水排走，」他说。之后他蹚到盐池更深的地方，调用梅加 (Godfrey Myega)。梅加是当地人，有时在这里帮忙。大块头的梅加走进很热的水里时不禁尖叫起来；他手拿姆提利的棒球帽，倒过来装了一些小玻璃瓶和真空密封袋，这些东西将用来装气体，然后被带到姆提利的酒店房间里连到一部质谱仪上。酒店离这里四个小时路程。「我脚下的这些石头非常烫，」姆提利说。
Villages like Itumbula rely on salt ponds like these for income.
Photograph by Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek
布鲁耶特和亚伯拉罕詹姆斯找到了有关该地区的地球物理学调查报告，是阿莫科公司 (Amoco)1980 年代在这一带找石油时做的调查。阿莫科公司现已并入英国石油 (BP)。它没找到石油，但是却像巴伦坦预见的那样，发现了大量的氦气可以积聚的沉积封闭层。「运用地震波技术可以描绘出地表的情况，所以你可以查看后宣布发现有多少气体，」巴里说。姆提利收集到的那些样品显示了这些氦气的百分比浓度。
Helium One 将这些数据全部送到位于美国休斯敦 (Houston) 的资源认证机构 Netherland, Sewell & Associates Inc. (NSAI)。该机构 2016 年宣布说，姆提利脚下那片滚烫的岩石下面可能蕴藏着多达 28 亿立方米的氦气。这个数字将能满足全世界 16 年的消耗量。布鲁耶特说，「就我所知，当时这是曾经宣布过的最大规模的原生氦气储藏区。」氦气短缺将成为历史，至少理论上是这样。
但在地质勘探界，所有结论都只是假设，直到你实际开挖才能见分晓。在氦气资源和氦气储量之间可能存在巨大差异，前者意味着存量有多少，而后者意味着具有经济开采价值的量有多少。目前，elium One 拥有的只是前者。「有件事非常确定——那里的确蕴藏着大量氦气，」巴伦坦说，「至于这些氦气的积聚方式能否使商业开采产生盈利，这是当前面临的风险所在。」(巴伦坦和巴里分别持有 Helium One 公司 1% 的股权。) 氦气有可能被压在水里。姆提利 7 月份发掘出来的那些气泡或许并不意味着那里有足够的氦气、能填满阿莫科公司在图上标出的那些封闭岩层。要想搞清这些未知的问题——包括这个储气层的构造、沉积物的渗透性、气体流动速度、流动时压力下降程度等等——唯一的办法是进行实地钻探。
这会是件棘手的事。Weil Group Resources 是第一家单纯为了获取氦气而进行开采的公司，而且目前仍是唯一一家这么做的企业。该公司总部位于美国维珍尼亚州列治文 (Richmond)，但主要业务在加拿大。该公司一年产能约 113 万立方米，还不足以改变供应缺口。「这方面分析起来非常复杂，」该公司行政总裁沃格特 (Jeffrey Vogt) 说，「你真的必须有条不紊、考虑周全且善于判断。」该公司业务所在的加拿大萨斯喀彻温省 (Saskatchewan) 的地质特性与坦桑尼亚有所不同，所以，他的技术对 Helium One 无法提供参考。布鲁耶特说，他们到时将采用一种类似钻探石油和天然气时所用的技术。
同时，坦桑尼亚本身也是个挑战。在非洲经营很难预料会遇到什么情况。2017 年，该国政府向英国金矿企业 Acacia Mining 开出 1900 亿美元的天价罚单。亚伯拉罕詹姆斯说，这个决定对于投资者来说等于一夜之间判了坦桑尼亚死刑。他说，「我们成了连带受害者。」今年 1 月，坦桑尼亚新任命了矿业部长巴尔特科 (Dotto Biteko)，其办公室没有回复本文的采访请求。7 月份，Acacia 的罚款额被降到 3 亿美元。
更直接来说，Helium One 要想把基础设施做起来并运作将面临困难。他们的温泉所在地远离任何物流枢纽的地方。亚伯拉罕詹姆斯坚持要让公司的低温厂少占空间，运作时要用公司开采出来的气体带动涡轮机。假设这些设想都能实现，生产出来的液态氦气还必须在称为 ISO 的昂贵联运集装箱中运输。而运送这些集装箱的货车往返都要经过一条崎岖的石路，单程三个小时。即使货车升级了气体或液体悬浮系统，以保护里面的货物，这些道路也必须不断进行维护和改造。「问题不是有了氦就行了，」顾问公司 Intelligas 的加维说，「你还要有基础设施把它从地下运出来，等到能把它向外输出时，其成本可能已经高得吓人了。」亚伯拉罕詹姆斯和他的公司表示，事情变得太复杂，他不得不退出管理层，因为以他的专业能力和兴趣，已无法应付公司的日常管理。他的继任者是斯多克 (Ian Stalker)，他曾执掌铀矿公司 Uramin，该公司后来以 25 亿美元的价格被收购。
Helium One 过去已遇到过延迟，今后可能还会遇到更多。等到它的产品上市销售时，或许会被新的氦气资源捷足先登：卡塔尔已计划建设生产氦气的拉斯拉凡 (Ras Laffan) 工业城，预计每年能带来大约 1100 万立方米的氦气 (该国已经想出了一个绕过沙特和阿联酋的策略)。「这只能少量弥补美国土地管理局减少的供应量，」布鲁耶特说。但除此之外还有俄罗斯。国有企业俄罗斯天然气工业公司 (Gazprom) 正着手在西伯利亚建设一个名叫 Amur 的项目，不过，该项目在基础设施方面也面临延迟，而且，它离最近的交通口岸的距离比伊土姆布拉村项目还要远。有些人怀疑，它恐怕实现不了自己承诺的 5700 万立方米氦气的产量目标。但如果能的话，加维说，「那我们就会有足够的氦气了。随着供应量恢复，价格将趋于平稳，我们真的还需要更多的氦气吗？ 」
「讨厌你的人总能找到理由，」亚伯拉罕詹姆斯说。他持有公司 9% 股份。「他们都会说，『它太大了，它毕竟在非洲，你肯定已把事情搞砸了。』如果他们诽谤我们，那倒是个很好的兆头——我喜欢这样。否则的话，他们就不用费这个劲了。」至少，伊土姆布拉村的人希望他是对的。
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