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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?

 星辰大海种花家 2022-03-06

英国《每日邮报》报道了一个有些让人目瞪口呆的计划,美国一家初创公司打算开发一种“波钻”深入地下20千米处,率先在核聚变突破前实现“无限能源”。

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“波钻”是什么技术?为何能钻入地壳下20千米?

Quaise Energy是麻省理工学院的一家初创公司,总部位于波士顿和休斯顿,近期获得了4000万美元的融资,用于开发该公司提出的一种钻探技术:“Wave Drill”(波钻)。

为什么以前的钻头钻不深

它的革命性技术可以钻入地壳下20千米!而在此之前,全球最深的钻井曾是位于科拉半岛邻近挪威国界科拉超深钻孔,其垂直距离为12262米,后来在2008年和2011年被在卡塔尔的阿肖辛油井(12,289米)和俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井(12,345米)陆续打破。

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但科拉超深钻孔仍然是地球上最深的参数井(纯科学用途),为什么钻不了那么深其实从科拉超深钻孔的几次事故中可见一斑:

  • 1970年5月24日开始钻孔,到7000米处都很正常,但钻到了一个空洞区域,结果钻杆扭曲被卡住,提钻时候钻头脱落了,发生了几次;

  • 1983年到达12066米,但钻杆断裂,提起钻杆后只能从7000米处重新钻;

  • 1990年时候到达了12262米,钻杆又断了,这回不钻了,其实也没钱了;

以上只是三次比较大的灾难性事故,各种钻探的钻头过热磨损,更换比比皆是,由于地下高温,钻杆有太长,每次更换钻头都得提起钻杆然后再慢慢下钻,这个时间实在是太浪费了,而且一旦断提起钻杆的时,那么此前钻的可能有很长一段就浪费了。

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右侧为数次钻孔的路线

革命性的波钻技术为何那么厉害?

Quaise Energy用的是非传统的钻头,以前都是通过切削岩层并将其带出洞口取得向下钻进深度,但Quaise Energy公司拥的却是一种革命性的微波钻头。

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它是利用高功率毫米波将钻头前方的岩石蒸发,因为非接触,也更容易散热,因此它要比其它机械切削的钻头更耐高温,在Quaise Energy的规划中,将在2024年钻出与机械钻头混合的钻井,到2026年,将会利用钻井获得100兆瓦的电力。

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无限能源到底从哪里来?地热能就是无限能源?

相信大家一定是猜到了Quaise Energy公司想利用的就是地热,因为越往地下就会越热,按每下降100米增加2℃计算,在20千米深的地下大概已经达到了400℃,水的临界温度T=374℃,所以只要达到这个深度,那么这里高温将轻而易举的将水烧开并提供源源不断的能源。

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真是无限吗?答案居然是肯定的

因为它利用的是地热,尽管地热也是有限的,但对于人类每年利用的能量与地热总蕴含的能量相比,那利用时间对于人类来说差不多就是无限了!

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据百度百科给出的数据,整个地球在5000米以下深度的总能量约为14.5×10^25焦耳(J),相当于4948万亿吨标准煤,按2020年全球消耗约80亿吨煤炭计算,大约可以用618500年,不过这个百度这个数字应该是远远低于实际,可信度比较差,但即使如此,也可以用接近62万年。

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所以笔者翻了维基的数据,结果查到地球的热含量约为1 × 10^19 TJ,1 TJ=1000000000000J,那么换算成焦耳应该是1 × 10^31 TJ,大约是让地球回到“零件”时代能量的10%左右,这个数字还算靠谱,如果按烧煤算的话至少可以用620亿年,加上燃油与其他消耗,怎么也得超过100亿年不是吗?所以算无限,似乎还真没啥毛病。

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可以用到太阳熄灭

其实不用到20千米那么深,干热岩的深度更浅

有一个必须了解的是,并不需要钻那么深,地壳并不是均匀一致的,有些地方因为地壳活动,岩浆距离地表比较近,形成了火山,有的则形成了干热岩,这种深度一般小于5千米,甚至在2-3千米左右,各国因为地质条件差异均有分布。

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比如大规模可利用干热岩资源于青海共和盆地,2019年在山东省日照市威海市的部分区域发现干热岩富存区,资源量总计相当于188亿吨标准煤。青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5。

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但干热岩难以利用

尽管它埋藏比较浅,现代钻井技术可以轻易到达,但有一个问题,干热岩的利用基本需要两口井,钻探成功后需要压裂,然后一口井注水,另一口井出热水或者蒸汽,很理想不是吗?

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但干热岩经过这样折腾后温度降低,蒸汽产量迅速下降,用不了几年就得换一个地方了,而有时候钻探成本都收不回来,因此对于干热岩的利用是比较困难的,搞不好血本无归。

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相信美国这家Quaise Energy公司应该会遭遇同样的问题,尽管他们旨在20千米深的地下,地热能蕴藏量会更丰富,但更深的地层意味着更高的成本,除非这种“波钻”技术可以大幅度降低钻探成本,否则不断钻孔又不断废弃,会让这家公司发疯!

延伸阅读:地热不是无限的

上文就确定了,地热并非无限能源,它来自于地球诞生时积蓄的引力坍缩能以及放射性物质的衰变能,前者可能只占1/3不到,后者占了2/3以上,地球已经诞生45亿年,连最久的铀-238都已经过了半衰期,所以未来地球内核热量产出会越来越少,最终会凉凉!

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而科学家估计大概在23亿年后这个日子就会到来,地球内核冷却,无法支撑内核运动,再也无法以发电机效应产生磁场,一旦磁场消失,首先高能粒子会直接进入大气层到达地面,辐射大增,引发生命灭绝危机。

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另一个严重后果则是磁场消失,高能粒子直接轰击大气层分子,使其达到逃逸速度渐渐逃离,要不了几亿年地球大气层就跑光了,未来的地球就像现在的火星一样,这个结果实在太可怕,不过好在是在未来几十亿年后才会发生!(完)

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