钻入地下2万米,获取无限能源,美国的“波钻”是什么技术?

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美国汇集了全球众多的科学技术人才,许多重大的科研成果、科技发明都诞生在美国。据外媒报道,美国有一家名为Quaise Energy的初创科技公司已获得4,000万美元的融资,这笔融资将用于开发该公司提出的一种叫作“波钻”的技术。

波钻,是一种新型的钻探技术,该公司打算利用这种技术钻入地下2万米处,开采地壳深处的地热能。

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地球内部的地热能储量丰富,短期来说,地热能对于人类就相当于是无限的能源。而要想更高效地获取地热能,就必须向地下深处前进。在可控核聚变技术迟迟不能突破之前,如果这项技术真的能够取得突破性的成果,那将带来巨大的改变。

能钻入地下2万米的“波钻”是一种什么技术?

说到钻探深度,最知名的就是苏联时期的科拉超深钻孔,深度达12,262米。几十年过去了,最深的钻井深度仍没有超过1.3万米,科拉超深钻孔还是世界上最深的钻井深度之一。

1.3万米的深度难以突破,很明显是钻探技术没有得到突破。长久以来,我们都是使用机械钻头在地下深处进行钻探。钻孔时钻头高速旋转,与岩石摩擦会产生高温;而且越靠近地下深处,离岩浆就越近,温度也越高。因此,不管钻头的材质有多硬,最终都会被快速磨损掉,需要不停地更换,这成本就很高了。

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为了规避这一问题,Quaise Energy公司提出的这种技术并没有实体钻头,而是利用毫米波进行钻探。毫米波是波长为1~10毫米的电磁波,它位于微波与远红外波相交叠的区域,兼有两种波谱的特点。据介绍,利用这种高功率的毫米波,可以将钻头前方的岩石蒸发掉,实现无接触式的钻探。

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按规划,该公司计划在2024年钻出与机械钻头混合的钻井,到2026年还将利用钻井获得100兆瓦的电力。

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那这种通过钻探获取地热能的方式靠谱吗?

地壳的平均厚度大约1.7万米,其中陆地地壳要更厚一些,平均厚度约4万米。地壳之下就是地幔。地幔分为上地幔和下地幔,在上地幔顶部有一个名为软流层的圈层,该层由处于熔融状态的岩石构成,位于地表7~10万米以下。据推测,这里的温度已经高达1300摄氏度,压力是地表大气压的3万倍。从某一种角度来说,地壳就飘浮在这个软软的软流层上。

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对于这种由软流物质构成的圈层,或者比较靠近软流层的那部分岩石,就算是使用波钻技术,也是钻不穿的,因为刚钻好一点,这一点空间马上就会被周围的高压高温物质填充。

不过想要高效地获取地热能,并不一定非要钻这么深。越往地下越热,根据经验,每深入100米,温度大约会上升2℃。在地下2万米处,那里的温度已经达到了400℃,将水烧开还是没有问题的。

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核能发电需要烧水,利用水蒸气的动力推动发电机组转动发电。地热能发电,也需要这么一个转换过程。Quaise Energy公司的想法应该就是将水注入到这个很深很深的洞中,水吸收掉大量的地热,迅速蒸发产生水蒸气,然后利用它发电。

首先要明确一点,地热能并不是无限的。地球内部的热量主要来自于地球诞生之初的余热,以及地球内部放射性物质长期衰变所释放的热量。地球已经45亿岁了,地球内部的热量一直都在散失,根据科学家的估计,大约在20多亿年后,地球内部将冷却,变得像火星那样。

之所以认为它是无限的,是因为地球内部的地热能总储量十分惊人,以人类目前的能源消耗水平,用上个几亿年都不成问题。

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可就算地热能几乎是无限能源,也并非能够让人类无限利用,因为地球内部靠热传导、热对流这两种方式传递热量。持续从一口钻井汲取地热,当地球内部热量传递跟不上地热的散失时,这口地热井在短时间内也就失去了作用,需要另外换地方。

其实,最应该考虑的还是成本问题,或者说投入产出问题。钻这么深的洞,这种钻探技术是利用毫米波蒸发岩石,明显需要持续且较大的能源输入才能维持,若最后入不敷出,那利用这种方式进行发电也就成为了不切实际的空想。

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