科学探索|聚变技术将开启近乎无限的超深层地热能源开采
麻省理工学院(MIT)的附属公司Quaise称,它将利用被劫持的核聚变技术钻出历史上最深的洞并释放出清洁的、几乎无限的、超临界的地热能源,进而可以为世界各地的化石燃料发电厂重新供电 。
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我们脚下的热量
每个人都知道地球的核心是热的,但它的规模或许仍有能力让人吃惊 。据估计,地核铁心的温度约为5200℃,由放射性元素衰变产生的热量与跟地球形成时残留的热量结合而成--当一团旋转的气体和尘埃被自身的重力压成一团时发生了一场灾难性的暴力 。
哪里有热哪里就有可收获的地热能 。根据麻省理工学院高级核聚变研究工程师Paul Woskov的说法,地球表面以下有如此多的热量,只要开发其中的0.1%就可以满足整个世界2000多万年的能源需求 。
问题在于获取 。在地下热源自然发生在靠近地表的地方很容易获得,而且离相关电网足够近就可以进行经济上可行的传输,地热成为了完全可靠、全天候的绿色发电的罕见例子 。太阳停止照耀,风停止吹拂,但岩石始终是热的 。当然,这些条件是相当罕见的,因此,地热目前只供应全球能源消耗的0.3%左右 。
人类历史上最深的洞是不够深的
如果我们能钻得足够深,我们就可以把地热发电站放在我们想要的任何地方 。但这比听起来要难 。地壳的厚度在5-75公里之间变化,最薄的部分往往在深海中 。
人类曾经成功钻出的最深的洞是Kola超深孔 。这个位于挪威边境附近的俄罗斯项目于1970年启动,旨在刺穿地壳直至地幔,其一个钻孔在1989年达到了12,289米的垂直深度,之后该团队认为再深入下去是不可行的,并且资金已经耗尽 。
在这个深度,科拉小组成员预计温度会在100℃左右,但实际上他们发现温度更接近180℃ 。岩石的密度比预期的低,孔隙比预期的多,这些因素跟升高的热量结合在一起并造成了噩梦般的钻探条件 。Kola遗址已经完全失修,这个“地狱的入口”--一个人类成就的巅峰(或许是低谷)现在成了一个无名的、被焊死的洞 。
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德国在80年代末花了相当于25亿欧元建造了自己的版本,但德国大陆深层钻探计划(KTB)钻孔只钻到了9,101米就终止了 。同样,温度的上升远远早于预期,而且KTB团队还惊讶地发现,这个深度的岩石并不是固体,大量的液体和气体涌入钻孔,这使得它们的工作变得更加复杂 。
【科学探索|聚变技术将开启近乎无限的超深层地热能源开采】这些温度高到足以阻挠钻探过程,但还没有热到足以使地热能源事业大展宏图 。因此,尽管这些项目和其他项目都是宝贵的科学资源,但需要新技术来释放我们脚下的地热潜力 。
能源直接钻探
在物理钻头难以操作的地方,研究人员一直在测试定向能量束的能力,以加热、熔化、断裂甚至在钻头接触到地下室岩石之前将其蒸发 。你可以从下面Petra的“Swifty”钻孔机器人的GIF中看到溅射对坚硬岩石的影响,不过Petra并未透露到底是用什么来产生这种热量 。
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90年代末的军事实验显示了有前景的结果,表明激光辅助钻井可以比传统钻井快10-100倍,你可以打赌这对石油和天然气公司来说是非常有意义的 。
Impact Technologies总裁Kenneth Oglesby在2014年MIT为美国能源部地热技术项目撰写的报告中写道,能源直接钻探过程将提供一些巨大的优势:井筒中没有可能磨损或断裂的机械系统;没有温度限制;容易穿透任何岩石硬度;有可能用耐用的陶土衬垫来取代对外壳/水泥的需求 。
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