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鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

美國彙集了全球衆多的科學技術人才,許多重大的科研成果、科技發明都誕生在美國。據外媒報道,美國有一家名為Quaise Energy的初創科技公司已獲得4,000萬美元的融資,這筆融資将用于開發該公司提出的一種叫作“波鑽”的技術。

波鑽,是一種新型的鑽探技術,該公司打算利用這種技術鑽入地下2萬米處,開采地殼深處的地熱能。

鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

地球内部的地熱能儲量豐富,短期來說,地熱能對于人類就相當于是無限的能源。而要想更高效地擷取地熱能,就必須向地下深處前進。在可控核聚變技術遲遲不能突破之前,如果這項技術真的能夠取得突破性的成果,那将帶來巨大的改變。

能鑽入地下2萬米的“波鑽”是一種什麼技術?

說到鑽探深度,最知名的就是蘇聯時期的科拉超深鑽孔,深度達12,262米。幾十年過去了,最深的鑽井深度仍沒有超過1.3萬米,科拉超深鑽孔還是世界上最深的鑽井深度之一。

1.3萬米的深度難以突破,很明顯是鑽探技術沒有得到突破。長久以來,我們都是使用機械鑽頭在地下深處進行鑽探。鑽孔時鑽頭高速旋轉,與岩石摩擦會産生高溫;而且越靠近地下深處,離岩漿就越近,溫度也越高。是以,不管鑽頭的材質有多硬,最終都會被快速磨損掉,需要不停地更換,這成本就很高了。

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為了規避這一問題,Quaise Energy公司提出的這種技術并沒有實體鑽頭,而是利用毫米波進行鑽探。毫米波是波長為1~10毫米的電磁波,它位于微波與遠紅外波相交疊的區域,兼有兩種波譜的特點。據介紹,利用這種高功率的毫米波,可以将鑽頭前方的岩石蒸發掉,實作無接觸式的鑽探。

鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

按規劃,該公司計劃在2024年鑽出與機械鑽頭混合的鑽井,到2026年還将利用鑽井獲得100兆瓦的電力。

那這種通過鑽探擷取地熱能的方式靠譜嗎?

地殼的平均厚度大約1.7萬米,其中陸地地殼要更厚一些,平均厚度約4萬米。地殼之下就是地幔。地幔分為上地幔和下地幔,在上地幔頂部有一個名為軟流層的圈層,該層由處于熔融狀态的岩石構成,位于地表7~10萬米以下。據推測,這裡的溫度已經高達1300攝氏度,壓力是地表大氣壓的3萬倍。從某一種角度來說,地殼就飄浮在這個軟軟的軟流層上。

鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

對于這種由軟流物質構成的圈層,或者比較靠近軟流層的那部分岩石,就算是使用波鑽技術,也是鑽不穿的,因為剛鑽好一點,這一點空間馬上就會被周圍的高壓高溫物質填充。

不過想要高效地擷取地熱能,并不一定非要鑽這麼深。越往地下越熱,根據經驗,每深入100米,溫度大約會上升2℃。在地下2萬米處,那裡的溫度已經達到了400℃,将水燒開還是沒有問題的。

鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

核能發電需要燒水,利用水蒸氣的動力推動發電機組轉動發電。地熱能發電,也需要這麼一個轉換過程。Quaise Energy公司的想法應該就是将水注入到這個很深很深的洞中,水吸收掉大量的地熱,迅速蒸發産生水蒸氣,然後利用它發電。

首先要明确一點,地熱能并不是無限的。地球内部的熱量主要來自于地球誕生之初的餘熱,以及地球内部放射性物質長期衰變所釋放的熱量。地球已經45億歲了,地球内部的熱量一直都在散失,根據科學家的估計,大約在20多億年後,地球内部将冷卻,變得像火星那樣。

之是以認為它是無限的,是因為地球内部的地熱能總儲量十分驚人,以人類目前的能源消耗水準,用上個幾億年都不成問題。

鑽入地下2萬米,擷取無限能源,美國的“波鑽”是什麼技術?

可就算地熱能幾乎是無限能源,也并非能夠讓人類無限利用,因為地球内部靠熱傳導、熱對流這兩種方式傳遞熱量。持續從一口鑽井汲取地熱,當地球内部熱量傳遞跟不上地熱的散失時,這口地熱井在短時間内也就失去了作用,需要另外換地方。

其實,最應該考慮的還是成本問題,或者說投入産出問題。鑽這麼深的洞,這種鑽探技術是利用毫米波蒸發岩石,明顯需要持續且較大的能源輸入才能維持,若最後入不敷出,那利用這種方式進行發電也就成為了不切實際的空想。

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