开采地热能：深挖地球要热能，靠谱吗？
来源： 科普中国 发布时间：2022-08-15
作者：牛明敏
审核：张玉修、中国地质大学（武汉）王璐教授
随着全球自然灾害和极端天气频发，保护生态环境、落实减排任务刻不容缓。在当前“践行双碳，绿色发展”的新能源赛道中涌现出很多优秀选手，如风能、水能、地热能、太阳能、核能等，而其中地热能因其储量大、分布广泛、高效率、稳定、安全优质等突出优点被寄予厚望。挖洞万米向大地要热能，听起来是个可行的办法，但目前人类能窥探到的地球深处极为有限，那是否会有新技术能实现让地球“为爱发电”？
“热心”地球
我们总说太空浩瀚如烟，而其实地球内部同样也别有洞天。如果无限下探我们脚下的土地，经过松散土壤层、坚硬的地壳、高温的地幔，会发现我们蓝色的地球内部深处原来是熔岩的海洋。
地球诞生时积蓄的引力坍缩能与放射性物质的衰变能结合形成的热量在地心内部聚集，温度能达到约为5200℃，是名副其实的“热心”地球，这些热量是我们这颗星球形成、发展的原动力。
来自地球内部的一部分热量达到地表释放，我们熟知的温泉、火山、地震等都是地热能量的释放方式，而更多的热量被封存在地下深处。据估算，地球的总内热是全球煤炭储量的1.7亿倍，相当于500万亿吨标准煤，可以满足人类几十万年的能源需求。
地热能拥有其他能源不可比拟的优势。传统的火力发电需要持续消耗燃料且污染环境，风电、水能和太阳能波动太大，无法稳定输出，而终极能源可控核聚变能仍然有很长路要走。在这样的背景下，看似“触手可及”的地热能成为了双碳“种子选手”，只需要挖一个足够深的井，就可以获取源源不断的地热能，稳定、环保、零排放。
优势如此明显，但事实上，当前地热能发电只占到了全球电力供给的不到1%，这又是为什么？因为与人类“上天”的技术相比，我们“入地”的技术明显笨拙了很多。
“挖穿地球”计划
想要无限达到地心，目前的方法仍然简单粗暴，就是挖洞。这其中用到的理论与方法并不难，最关键的是成本和效率。
目前人类挖的最深的洞是上世纪苏联的“地球望远镜”计划，
官方宣称这项科研将钻地15000米，，目的是让人类更多地了解地球内部的构造，这项计划自然引来各界关注。但可惜的是，这项持续了24年的工程最终停在了12262米的深度，距离目标如此近却选择了终止，在当时也引来了诸多猜想。但事实上并不存在什么神秘原因，纯粹是因为——太贵了。
传统挖洞技术缺陷明显：成本高，挖不深。因为钻头本身非常昂贵，而且需要经常更换，挖一个直径20厘米，深度10公里的洞，大概需要3000万美元。另外洞挖得越深，环境也越恶劣，到了地底一万米，温度达到300摄氏度，无论温度还是岩层的硬度都已经不是普通钻头能承受的了。
因此出于经济和技术困难，苏联最终停止了这项探索，而科学界对深层地热的开发也几乎陷入停滞。
目前,地热能的开采只集中在一部分地壳板块的裂缝处或中浅层地热，这部分利用率跟整体地热比十分有限。大部分温度在500摄氏度左右的优质地热能分布在地下10公里左右，仍然令我们“可望不可即”。
波钻技术：地热开采迎来新时代？
而就在今年4月，美国科技公司quaise energy对外宣称正在开发一种“波钻”技术，能钻地20公里，释放无限地热能。
该项技术起源于美国科学家沃斯科夫在研究核聚变过程中提出的假设：如果将高强度电磁波对准石头，把石头加热到蒸发，是否可以实现地下钻洞的目的。之后的数十年里，沃斯科夫一直投身于这项研究，并成立quaise公司，获得超7000万美元的投资。
波钻技术原理并不复杂，就是利用高功率毫米波发射器发射电磁能强束，将钻头前方的岩石熔化、蒸发。这项挖洞技术优势明显，因为发射光波让岩石熔化，所以钻头本身并没有和岩石接触，这有两个好处，其一就是钻头磨损少，不需要频繁更换昂贵的钻头，成本主要在耗电，而这花费几乎是传统挖洞方式的1/60；其二更利于挖掘设备的散热，这就让钻头能够探向更深处，开采到品质更好、温度更高的地热能。
波钻技术看起来已经完美解决深层地热的开采难题，目前quaise公司在计划书声称：将于2024年投入毫米波技术的应用，并和机械钻头混搭进行钻探实验，2026年正式开始下探钻井获取热能并转化为电力。这一消息无疑让各界感到振奋，毕竟减少碳排放，控制全球变暖留给我们的时间已经不多。
如果这项技术能成功达到预期，那它将开启深层地热开采新时代，也许在可控核聚变技术突破前，人类真的能实现拥有无限能源的美好愿望，让我们拭目以待！
参考文献：
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郑克，潘小平，马凤景，等.地热利用技术[m]. 北京：中国电力出版社，2018.
[3]科普黑洞：钻入地壳20千米！释放无限能源，美国公司的波钻，究竟什么技术？[n/ol]. [2022-06-08]. id=1735063446249977548&wfr=spider&for=pc
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