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作者：牛明敏

審核：張玉修、中國地質大學（武漢）王璐教授

隨著全球自然災害和極端天氣頻發，保護生態環境、落實減排任務刻不容緩。在當前“踐行雙碳，綠色發展”的新能源賽道中湧現出很多優(you) 秀選手，如風能、水能、地熱能、太陽能、核能等，而其中地熱能因其儲(chu) 量大、分布廣泛、高效率、穩定、安全優(you) 質等突出優(you) 點被寄予厚望。挖洞萬(wan) 米向大地要熱能，聽起來是個(ge) 可行的辦法，但目前人類能窺探到的地球深處極為(wei) 有限，那是否會(hui) 有新技術能實現讓地球“為(wei) 愛發電”？

“熱心”地球

我們(men) 總說太空浩瀚如煙，而其實地球內(nei) 部同樣也別有洞天。如果無限下探我們(men) 腳下的土地，經過鬆散土壤層、堅硬的地殼、高溫的地幔，會(hui) 發現我們(men) 藍色的地球內(nei) 部深處原來是熔岩的海洋。

地球誕生時積蓄的引力坍縮能與(yu) 放射性物質的衰變能結合形成的熱量在地心內(nei) 部聚集，溫度能達到約為(wei) 5200℃，是名副其實的“熱心”地球，這些熱量是我們(men) 這顆星球形成、發展的原動力。

來自地球內(nei) 部的一部分熱量達到地表釋放，我們(men) 熟知的溫泉、火山、地震等都是地熱能量的釋放方式，而更多的熱量被封存在地下深處。據估算，地球的總內(nei) 熱是全球煤炭儲(chu) 量的1.7億(yi) 倍，相當於(yu) 500萬(wan) 億(yi) 噸標準煤，可以滿足人類幾十萬(wan) 年的能源需求。

地熱能擁有其他能源不可比擬的優(you) 勢。傳(chuan) 統的火力發電需要持續消耗燃料且汙染環境，風電、水能和太陽能波動太大，無法穩定輸出，而終極能源可控核聚變能仍然有很長路要走。在這樣的背景下，看似“觸手可及”的地熱能成為(wei) 了雙碳“種子選手”，隻需要挖一個(ge) 足夠深的井，就可以獲取源源不斷的地熱能，穩定、環保、零排放。

優(you) 勢如此明顯，但事實上，當前地熱能發電隻占到了全球電力供給的不到1%，這又是為(wei) 什麽(me) ？因為(wei) 與(yu) 人類“上天”的技術相比，我們(men) “入地”的技術明顯笨拙了很多。

“挖穿地球”計劃

想要無限達到地心，目前的方法仍然簡單粗暴，就是挖洞。這其中用到的理論與(yu) 方法並不難，最關(guan) 鍵的是成本和效率。

目前人類挖的最深的洞是上世紀蘇聯的“地球望遠鏡”計劃，

官方宣稱這項科研將鑽地15000米，，目的是讓人類更多地了解地球內(nei) 部的構造，這項計劃自然引來各界關(guan) 注。但可惜的是，這項持續了24年的工程最終停在了12262米的深度，距離目標如此近卻選擇了終止，在當時也引來了諸多猜想。但事實上並不存在什麽(me) 神秘原因，純粹是因為(wei) ——太貴了。

傳(chuan) 統挖洞技術缺陷明顯：成本高，挖不深。因為(wei) 鑽頭本身非常昂貴，而且需要經常更換，挖一個(ge) 直徑20厘米，深度10公裏的洞，大概需要3000萬(wan) 美元。另外洞挖得越深，環境也越惡劣，到了地底一萬(wan) 米，溫度達到300攝氏度，無論溫度還是岩層的硬度都已經不是普通鑽頭能承受的了。

因此出於(yu) 經濟和技術困難，蘇聯最終停止了這項探索，而科學界對深層地熱的開發也幾乎陷入停滯。

目前,地熱能的開采隻集中在一部分地殼板塊的裂縫處或中淺層地熱，這部分利用率跟整體(ti) 地熱比十分有限。大部分溫度在500攝氏度左右的優(you) 質地熱能分布在地下10公裏左右，仍然令我們(men) “可望不可即”。

波鑽技術：地熱開采迎來新時代？

而就在今年4月，美國科技公司Quaise Energy對外宣稱正在開發一種“波鑽”技術，能鑽地20公裏，釋放無限地熱能。

該項技術起源於(yu) 美國科學家沃斯科夫在研究核聚變過程中提出的假設：如果將高強度電磁波對準石頭，把石頭加熱到蒸發，是否可以實現地下鑽洞的目的。之後的數十年裏，沃斯科夫一直投身於(yu) 這項研究，並成立Quaise公司，獲得超7000萬(wan) 美元的投資。

波鑽技術原理並不複雜，就是利用高功率毫米波發射器發射電磁能強束，將鑽頭前方的岩石熔化、蒸發。這項挖洞技術優(you) 勢明顯，因為(wei) 發射光波讓岩石熔化，所以鑽頭本身並沒有和岩石接觸，這有兩(liang) 個(ge) 好處，其一就是鑽頭磨損少，不需要頻繁更換昂貴的鑽頭，成本主要在耗電，而這花費幾乎是傳(chuan) 統挖洞方式的1/60；其二更利於(yu) 挖掘設備的散熱，這就讓鑽頭能夠探向更深處，開采到品質更好、溫度更高的地熱能。

波鑽技術看起來已經完美解決(jue) 深層地熱的開采難題，目前Quaise公司在計劃書(shu) 聲稱：將於(yu) 2024年投入毫米波技術的應用，並和機械鑽頭混搭進行鑽探實驗，2026年正式開始下探鑽井獲取熱能並轉化為(wei) 電力。這一消息無疑讓各界感到振奮，畢竟減少碳排放，控製全球變暖留給我們(men) 的時間已經不多。

如果這項技術能成功達到預期，那它將開啟深層地熱開采新時代，也許在可控核聚變技術突破前，人類真的能實現擁有無限能源的美好願望，讓我們(men) 拭目以待！

參考文獻：

Huttrer G W. 2020. Geothermal power generation in the world 2015-2020 update report[C]//Proceedings World Geothermal Congress 2020. Reykjavik: WGC.

鄭克，潘小平，馬鳳景，等.地熱利用技術[M]. 北京：中國電力出版社，2018.

[3]科普黑洞：鑽入地殼20千米！釋放無限能源，美國公司的波鑽，究竟什麽(me) 技術？[N/OL]. [2022-06-08]. https://baijiahao.baidu***.com/s?id=1735063446249977548&wfr=spider&for=pc

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