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钻入地壳20千米!释放能源600亿年都用不完,美国波钻究竟是啥?

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-10-18  浏览次数:765
核心提示:钻入地壳20千米!释放能源600亿年都用不完,美国波钻究竟是啥?根据《每日邮报》的报道,一家来自于麻省理工学院的初创公司,计

钻入地壳20千米!释放能源600亿年都用不完,美国波钻究竟是啥?


根据《每日邮报》的报道,一家来自于麻省理工学院的初创公司,计划开发出一种全新的“波浪钻头”(英文名称为:wave drill),简称:波钻。

这家公司声称,该钻头可以穿透到地下20公里的深度,这样人类就可以使用“取之不尽,用之不竭”的地热能源,更关键的是这些能源都属于清洁能源。

那是不是意味着,即使不用可控核聚变技术,人类也将引发新一轮的能源革命?

波浪钻头技术

能源问题从人类文明诞生以来就一直困扰着我们,每一次工业革命的本质就是:能源革命。

第一次工业革命表面上是蒸汽机的使用,实际上是人类开始广泛使用煤炭;

第二次工业革命则是石油和电能的广泛使用。

由于全球变暖的大背景下,这些年人类开始普遍追求清洁能源。

对于地球来说,主要的能量来源99%都来自于太阳。就拿煤炭和石油来说,它们属于化石能源,在几千万年前甚至是几亿年前,它们是以动植物的形式存在,这些动植物主要背靠着食物链。

无论是哪种类型的食物链,主要都是依靠植物的光合作用为主要能量来源,而这个光合作用依然还是依靠太阳辐射起作用。而太阳辐射主要来自于太阳内核的核聚变反应。

所以,很多人都确信,未来能源的终极方案是:可控核聚变。全球不少国家和地区都在这方面投入巨大,不过现在距离可控核聚变全面铺开还有相当长的路要走。

“Quaise Energy”公司另辟蹊径,希望从地热中获取能量。这是因为在46亿年前,地球在形成过程中,由于构成地球的星云物质在引力作用下聚集在一起,势能转化成了内能,并长年储存在了地球内部,使得地球内部的温度极高。

所以,地热可以说是地球送给人类的一份大礼,只是这份大礼并不是那么好享用的。如果想要开发地热资源,本质上就是要对地球内部进行钻探,然后建立起一个可以源源不断获取地热的钻井平台。

对于人类现有的技术来说,钻探的深度实在有限。到现在为止,钻探到最深的是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钻孔,深度是12,289米。

我们不难发现,这些井的深度都维持在12000米-12500米之间,相对于地球的半径6371千米,差了6000多倍,相当于只是挖了非常浅的一层。那么问题来了,为何就只能挖这么点深度呢?


主要还是因为设备问题。此前,在钻孔过程中,在深度达到7000米以上时,就常会出现钻头过热发生耗损,钻头脱落或者钻杆断裂的情况。

所以,钻孔到12000米左右已经是极限了。也因此,才使得人类没有把地热看成是未来的重要能源之一。

不过,“Quaise Energy”公司在近期获得了一笔4000万美金的融资,这笔钱是希望把他们图纸上的“波浪钻头”制作出来。

该公司声称这个钻探系统和之前不一样的,它不需要复杂的机械钻头,而是在钻到基岩后,利用回旋加速器来向下发射高功率的毫米波,这可以让钻头前方的岩石受热融化并蒸发,有点类似于高能激光的原理。

由于整个过程钻头没有和岩石接触,因此更利于散热,同时钻头和钻杆也没有那么容易发生损毁或者断裂的情况。


如何发电?

该公司计划钻探深度要达到20公里,比之前的记录要深7700米左右。当初科拉超深钻孔达到12000米左右时,温度已经到了300-400度之间。

如果钻孔达到20公里,那么温度至少也得400度左右。该公司同研究发现,这里的温度应该在480度左右。至于如何利用这里的能源,其实采用传统发电厂类似的“烧开水”模式即可,480度烧开水还是轻而易举的,这就可以实现对地热的使用。

该公司还提出了一个详细的计划时间表:

  • 2024年,建成第一个钻井平台,这是结合传统机械旋转钻井和毫米波钻并用的全尺寸混合钻井平台。

  • 2026年,建成第一个超热增强型地热系统,并且从少数几个井中获得100兆瓦的热能。

  • 2028年,把一个传统的化石燃料发电厂改造成地热蒸汽发电厂。

该公司还声称,这种地热发电不仅是清洁能源,同时对于人类来说是不可能用完的,可以说是能源短缺的终极解决方案。那么问题来了,地热真的对于人类来说是用不完的吗?


地热资源

地球的地热总量基本上是自身引力结合能量的10%左右,大概可以达到10^31焦耳的数量级,这还是没有算衰变的情况,如果人类无节制地进行使用,用上600亿年是没有问题的,而太阳走到生命尽头大概是在60-70亿年后,所以用到太阳系毁灭都用不完,地热都用不完。所以某种程度上,地热对于人类来说就是无限的。

根据研究,地壳最外层10公里范围内的地热资源就可以达到1254亿焦热量,相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍,相当于煤炭总储量的1.7亿倍。

这里多说一句,地热和石油一样,也是分布不均匀的。而这次要挖的是20公里深度的,现在还没有完全探明再往下10公里的地热资源总量是多少,但由于更深,温度更高,只会更多,不会更少。这还没有算上未来技术发展后,挖到更深的情况。


根据麻省理工学院的研究报告,他们发现现阶段技术能够提取的地热资源超过2*10^24焦耳,至少可以让人类使用几千年。

不仅如此,这些地热资源是可再生的。这是因为提取的地热相对于地球内部的总热量来说很低,更深度的地热会补充上来。所以,从理论上来看,人类可以源源不断地去使用地球深度的地热,而不用完全钻探到地心的问题。

而地热的总量就足够人类使用600多亿年,再加上衰变也在源源不断地提供额外的地热资源。所以,地热从理论上讲是堪比可控核聚变技术的存在。只不过,它也和可控核聚变技术一样,技术门槛非常高,距离真正商用还有很长的路要走


 
 
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