【創(chuàng)作培育計劃】開采地熱能：深挖地球要熱能，靠譜嗎？

作者：牛明敏

審核：張玉修、中國地質(zhì)大學（武漢）王璐教授

隨著全球自然災(zāi)害和極端天氣頻發(fā)，保護生態(tài)環(huán)境、落實減排任務(wù)刻不容緩。在當前“踐行雙碳，綠色發(fā)展”的新能源賽道中涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀選手，如風能、水能、地熱能、太陽能、核能等，而其中地熱能因其儲量大、分布廣泛、高效率、穩(wěn)定、安全優(yōu)質(zhì)等突出優(yōu)點被寄予厚望。挖洞萬米向大地要熱能，聽起來是個可行的辦法，但目前人類能窺探到的地球深處極為有限，那是否會有新技術(shù)能實現(xiàn)讓地球“為愛發(fā)電”？

“熱心”地球

我們總說太空浩瀚如煙，而其實地球內(nèi)部同樣也別有洞天。如果無限下探我們腳下的土地，經(jīng)過松散土壤層、堅硬的地殼、高溫的地幔，會發(fā)現(xiàn)我們藍色的地球內(nèi)部深處原來是熔巖的海洋。

地球誕生時積蓄的引力坍縮能與放射性物質(zhì)的衰變能結(jié)合形成的熱量在地心內(nèi)部聚集，溫度能達到約為5200℃，是名副其實的“熱心”地球，這些熱量是我們這顆星球形成、發(fā)展的原動力。

來自地球內(nèi)部的一部分熱量達到地表釋放，我們熟知的溫泉、火山、地震等都是地熱能量的釋放方式，而更多的熱量被封存在地下深處。據(jù)估算，地球的總內(nèi)熱是全球煤炭儲量的1.7億倍，相當于500萬億噸標準煤，可以滿足人類幾十萬年的能源需求。

地熱能擁有其他能源不可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的火力發(fā)電需要持續(xù)消耗燃料且污染環(huán)境，風電、水能和太陽能波動太大，無法穩(wěn)定輸出，而終極能源可控核聚變能仍然有很長路要走。在這樣的背景下，看似“觸手可及”的地熱能成為了雙碳“種子選手”，只需要挖一個足夠深的井，就可以獲取源源不斷的地熱能，穩(wěn)定、環(huán)保、零排放。

優(yōu)勢如此明顯，但事實上，當前地熱能發(fā)電只占到了全球電力供給的不到1%，這又是為什么？因為與人類“上天”的技術(shù)相比，我們“入地”的技術(shù)明顯笨拙了很多。

“挖穿地球”計劃

想要無限達到地心，目前的方法仍然簡單粗暴，就是挖洞。這其中用到的理論與方法并不難，最關(guān)鍵的是成本和效率。

目前人類挖的最深的洞是上世紀蘇聯(lián)的“地球望遠鏡”計劃，

官方宣稱這項科研將鉆地15000米，，目的是讓人類更多地了解地球內(nèi)部的構(gòu)造，這項計劃自然引來各界關(guān)注。但可惜的是，這項持續(xù)了24年的工程最終停在了12262米的深度，距離目標如此近卻選擇了終止，在當時也引來了諸多猜想。但事實上并不存在什么神秘原因，純粹是因為——太貴了。

傳統(tǒng)挖洞技術(shù)缺陷明顯：成本高，挖不深。因為鉆頭本身非常昂貴，而且需要經(jīng)常更換，挖一個直徑20厘米，深度10公里的洞，大概需要3000萬美元。另外洞挖得越深，環(huán)境也越惡劣，到了地底一萬米，溫度達到300攝氏度，無論溫度還是巖層的硬度都已經(jīng)不是普通鉆頭能承受的了。

因此出于經(jīng)濟和技術(shù)困難，蘇聯(lián)最終停止了這項探索，而科學界對深層地熱的開發(fā)也幾乎陷入停滯。

目前,地熱能的開采只集中在一部分地殼板塊的裂縫處或中淺層地熱，這部分利用率跟整體地熱比十分有限。大部分溫度在500攝氏度左右的優(yōu)質(zhì)地熱能分布在地下10公里左右，仍然令我們“可望不可即”。

波鉆技術(shù)：地熱開采迎來新時代？

而就在今年4月，美國科技公司Quaise Energy對外宣稱正在開發(fā)一種“波鉆”技術(shù)，能鉆地20公里，釋放無限地熱能。

該項技術(shù)起源于美國科學家沃斯科夫在研究核聚變過程中提出的假設(shè)：如果將高強度電磁波對準石頭，把石頭加熱到蒸發(fā)，是否可以實現(xiàn)地下鉆洞的目的。之后的數(shù)十年里，沃斯科夫一直投身于這項研究，并成立Quaise公司，獲得超7000萬美元的投資。

波鉆技術(shù)原理并不復(fù)雜，就是利用高功率毫米波發(fā)射器發(fā)射電磁能強束，將鉆頭前方的巖石熔化、蒸發(fā)。這項挖洞技術(shù)優(yōu)勢明顯，因為發(fā)射光波讓巖石熔化，所以鉆頭本身并沒有和巖石接觸，這有兩個好處，其一就是鉆頭磨損少，不需要頻繁更換昂貴的鉆頭，成本主要在耗電，而這花費幾乎是傳統(tǒng)挖洞方式的1/60；其二更利于挖掘設(shè)備的散熱，這就讓鉆頭能夠探向更深處，開采到品質(zhì)更好、溫度更高的地熱能。

波鉆技術(shù)看起來已經(jīng)完美解決深層地熱的開采難題，目前Quaise公司在計劃書聲稱：將于2024年投入毫米波技術(shù)的應(yīng)用，并和機械鉆頭混搭進行鉆探實驗，2026年正式開始下探鉆井獲取熱能并轉(zhuǎn)化為電力。這一消息無疑讓各界感到振奮，畢竟減少碳排放，控制全球變暖留給我們的時間已經(jīng)不多。

如果這項技術(shù)能成功達到預(yù)期，那它將開啟深層地熱開采新時代，也許在可控核聚變技術(shù)突破前，人類真的能實現(xiàn)擁有無限能源的美好愿望，讓我們拭目以待！

參考文獻：

Huttrer G W. 2020. Geothermal power generation in the world 2015-2020 update report[C]//Proceedings World Geothermal Congress 2020. Reykjavik: WGC.

鄭克，潘小平，馬鳳景，等.地熱利用技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2018.

[3]科普黑洞：鉆入地殼20千米！釋放無限能源，美國公司的波鉆，究竟什么技術(shù)？[N/OL]. [2022-06-08]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1735063446249977548&wfr=spider&for=pc

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