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鑽入地殼20千米!釋放能源600億年都用不完,美國波鑽究竟是啥?

根據《每日郵報》的報道,一家來自麻省理工學院的初創公司,計劃開發出一種全新的“波浪鑽頭”(英文名稱為:wave drill),簡稱:波鑽。

這家公司聲稱,該鑽頭可以穿透到地下20公裡的深度,這樣人類就可以使用“取之不盡,用之不竭”的地熱能源,更關鍵地是這些能源都屬于清潔能源。

那是不是意味着,即使不用可控核聚變技術,人類也将引發新一輪的能源革命?

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波浪鑽頭技術

能源問題從人類文明誕生以來就一直困擾着我們,每一次工業革命的本質就是:能源革命。

第一次工業革命表面上是蒸汽機的使用,實際上是人類開始廣泛使用煤炭;

第二次工業革命則是石油和電能的廣泛使用。

由于全球變暖的大背景下,這些年人類開始普遍追求清潔能源。

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對于地球來說,主要的能量來源99%都來自于太陽。就拿煤炭和石油來說,它們屬于化石能源,在幾千萬年前甚至是幾億年前,它們是以動植物的形式存在,這些動植物主要背靠着食物鍊。

無論是哪種類型的食物鍊,主要都是依靠植物的光合作用為主要能量來源,而這個光合作用依然還是依靠太陽輻射起作用。而太陽輻射主要來自于太陽核心的核聚變反應。

是以,很多人都确信,未來能源的終極方案是:可控核聚變。全球不少國家和地區都在這方面投入巨大,不過現在距離可控核聚變全面鋪開還有相當長的路要走。

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“Quaise Energy”公司另辟蹊徑,希望從地熱中擷取能量。這是因為在46億年前,地球在形成過程中,由于構成地球的星雲物質在引力作用下聚集在一起,勢能轉化成了内能,并長年儲存在了地球内部,使得地球内部的溫度極高。

是以,地熱可以說是地球送給人類的一份大禮,隻是這份大禮并不是那麼好享用的。如果想要開發地熱資源,本質上就是要對地球内部進行鑽探,然後建立起一個可以源源不斷擷取地熱的鑽井平台。

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對于人類現有的技術來說,鑽探的深度實在有限。到現在為止,鑽探到最深的是Odoptu OP-11油井,深度是12,345米,其次是阿肖辛油井,深度是12,289米,排在第三的是科拉超深鑽孔,深度是12,289米。

我們不難發現,這些井的深度都維持在12000米-12500米之間,相對于地球的半徑6371千米,差了6000多倍,相當于隻是挖了非常淺的一層。那麼問題來了,為何就隻能挖這麼點深度呢?

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主要還是因為裝置問題。此前,在鑽孔過程中,在深度達到7000米以上時,就常會出現鑽頭過熱發生耗損,鑽頭脫落或者鑽杆斷裂的情況。

是以,鑽孔到12000米左右已經是極限了。也是以,才使得人類沒有把地熱看成是未來得重要能源之一。

不過,“Quaise Energy”公司在近期獲得了一筆4000萬美金的融資,這筆錢是希望把他們圖紙上的“波浪鑽頭”制作出來。

該公司聲稱這個鑽探系統和之前不一樣的,它不需要複雜的機械鑽頭,而是在鑽到基岩後,利用回旋加速器來向下發射高功率的毫米波,這可以讓鑽頭前方的岩石受熱熔化并蒸發,有點類似于高能雷射的原理。

由于整個過程鑽頭沒有和岩石接觸,是以更利于散熱,同時鑽頭和鑽杆也沒有那麼容易發生損毀或者斷裂的情況。

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如何發電?

該公司計劃鑽探深度要達到20公裡,比之前的記錄要深7700米左右。當初科拉超深鑽孔達到12000米左右時,溫度已經到了300-400度之間。

如果鑽孔達到20公裡,那麼溫度至少也得400度左右。該公司的研究發現,這裡的溫度應該在480度左右。至于如何利用這裡的能源,其實采用傳統發電廠類似的“燒開水”模式即可,480度燒開水還是輕而易舉的,這就可以實作對地熱的使用。

該公司還提出了一個詳細的計劃時間表:

2024年,建成第一個鑽井平台,這是結合傳統機械旋轉鑽井和毫米波鑽并用的全尺寸混合鑽井平台。

2026年,建成第一個超熱增強型地熱系統,并且從少數幾個井中獲得100兆瓦的熱能。

2028年,把一個傳統的化石燃料發電廠改造成地熱蒸汽發電廠。

該公司還聲稱,這種地熱發電不僅是清潔能源,同時對于人類來說是不可能用完的,可以說是能源短缺的終極解決方案。那麼問題來了,地熱真的對于人類來說是用不完的嗎?

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地熱資源

地球的地熱總量基本上是自身引力結合能量的10%左右,大概可以達到10^31焦耳的數量級,這還是沒有算衰變的情況,如果人類無節制地進行使用,用上600億年是沒有問題的,而太陽走到生命盡頭大概是在60-70億年後,是以用到太陽系毀滅都用不完,地熱都用不完。是以某種程度上,地熱對于人類來說就是無限的。

鑽入地殼20千米!釋放能源600億年都用不完,美國波鑽究竟是啥?

根據研究,地殼最外層10公裡範圍内的地熱資源就可以達到1254億焦熱量,相當于全世界現産煤炭總發熱量的2000倍,相當于煤炭總儲量的1.7億倍。

這裡多說一句,地熱和石油一樣,也是分布不均勻的。而這次要挖的是20公裡深度的,現在還沒有完全探明再往下10公裡的地熱資源總量是多少,但由于更深,溫度更高,隻會更多,不會更少。這還沒有算上未來技術發展後,挖到更深的情況。

鑽入地殼20千米!釋放能源600億年都用不完,美國波鑽究竟是啥?

根據麻省理工學院的研究報告,他們發現現階段技術能夠提取的地熱資源超過2*10^24焦耳,至少可以讓人類使用幾千年。

不僅如此,這些地熱資源是可再生的。這是因為提取的地熱相對于地球内部的總熱量來說很低,更深度的地熱會補充上來。是以,從理論上來看,人類可以源源不斷地去使用地球深度的地熱,而不用完全鑽探到地心的問題。

而地熱的總量就足夠人類使用600多億年,再加上衰變也在源源不斷地提供額外的地熱資源。是以,地熱從理論上講是堪比可控核聚變技術的存在。隻不過,它也和可控核聚變技術一樣,技術門檻非常高,距離真正商用還有很長的路要走。

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