向地层深处进发二十公里,会有无尽的能源吗?

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03-10 22:44

风能、太阳能、地热能、核能…… 大量的温室气体以及全球气候的变化,开发可再生的清洁能源对人类社会未来的发展越发迫切。于是,我们看到了越来越多的风力发电机和太阳能板,也一直在努力实现可控核聚变。

在这当中,地热能似乎并不常被提及,但在我们脚下的土地里,除了化石燃料,其实还蕴藏着巨大的能量。

▲图片来自:Unsplash

从麻省理工学院(MIT)衍生出来的一家初创公司—— Quaise Energy,就在计划一项「地球钻探」,向地球深处钻一个约 20 公里长的深洞,释放地球上最大的未开发能源——地热能。

▲图片来自:Quaise

Quaise 公司之所以选择开发地热能,是认为这种太瓦级的清洁能源(1 太瓦等于 10 的 12 次方瓦特)有相当大的潜力。由于地热能是向地下进行探索,因此可以采用化石燃料行业的钻井平台、供应链和框架等资源,不需要从头开始进行建设。

另外,源源不断的地热不会像风能和太阳能那样有间歇性,比起如今仍在努力中的可控核聚变来说也更容易获取。不需要燃料,不会产生废物,使用的土地和材料不到其他可再生能源的 1%,相比于其他可再生资源,地热能更为便捷和「清洁」。

▲图片来自:Quaise

既然地热能有如此大的潜力,为何在清洁能源中的「存在感」并不高?其实,人类很久以前就已经开始利用地热能了,比如靠近地表的浅层地热资源,造就了温泉和农业温室等,包括我国在内的许多国家也都建有地热发电站,但利用率有限。

▲图片来自:Unsplash

并不是人类不想得到地热能,而是——做不到。地球的内部,是一个「大火球」,从地表向下越深的地方,温度也越高,从断层中不时迸发的火山岩浆和引发的地震,就能看出地层深处的「火热」和能量的巨大。正是这,阻挡了人类向地下的探索。

▲图片来自:Unsplash

位于俄罗斯境内的 Kola Superdeep Borehole(科拉超深钻孔),苏联时期的科学家,原本想一直穿透到地幔,但在其中一个钻孔于 1989 年达到了 12289 米后,至少 200°C 的高温给钻头带来的损伤,多孔的岩石、涌入洞内的气体和其他流体,还有告急的经费,一齐封住了这个深洞。

▲被封住的科拉深洞,图片来自:New Altas

Kola 深洞只有约 12 公里,而 Quaise 公司的野心,是环境可能达到约 500°C 的地底 20 公里处。想走得更远,「开路」的工具自然也要更强。

Quaise 公司正在开发一种全新的超深钻井方法:先使用传统的旋挖钻到地下岩层。然后切换到高功率毫米波将坚硬的物质熔化、断裂和汽化,再向下进发。苏联科学家用 20 多年才钻探了约 12 公里,高功率毫米波向下 20 公里,或许只需要 100 天。

▲图片来自:New Altas

值得一提的是,有可能让 Quaise 公司的钻探到达新高度的高功率毫米波,与另一种清洁能源——可控核聚变带来的核能有关。要实现可控核聚变,需要仪器承受上亿度的高温,进行托卡马克设计(核聚变反应装置)设计的研究人员发现,毫米波能大幅加热等离子体。

在希望模仿太阳内部反应的可控核聚变研究进程里,回旋加速器和毫米波是突破性的聚变研究成果,对「地底太阳」来说,同样意义颇大。

▲加热等离子体的回旋加速器,图片来自:New Altas

按照 Quaise 公司的计划,2024 年会拥有第一个结合传统旋转钻井和毫米波钻井能力的全尺寸混合钻井平台,2026 年能利用第一个超热增强型地热系统并得到来自少数几口井的 100 兆瓦热能,2028 年建成第一个使用清洁地热蒸汽重新供电的化石燃料发电厂。

能源始终在困扰着人类,若 Quaise 公司的计划能成真,我们拥有了「取之不尽」的地热能,人类的未来,或许会有新景象。

 

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