400-8558965-803

工业革命的“拦路虎”:能源有新“解”了,波钻技术是“利”是“弊”?

2022年3月8日

3月7日消息,近日,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”。

 

 

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)。

 

工业革命的“拦路虎”:能源

 

能源问题从人类文明诞生以来就一直困扰着我们,每一次工业革命的本质就是:能源革命。

 

第一次工业革命表面上是蒸汽机的使用,实际上是人类开始广泛使用煤炭;

 

第二次工业革命则是石油和电能的广泛使用。

 

由于全球变暖的大背景下,这些年人类开始普遍追求清洁能源。

 

对于地球来说,主要的能量来源99%都来自于太阳。就拿煤炭和石油来说,它们属于化石能源,在几千万年前甚至是几亿年前,它们是以动植物的形式存在,这些动植物主要背靠着食物链。

 

无论是哪种类型的食物链,主要都是依靠植物的光合作用为主要能量来源,而这个光合作用依然还是依靠太阳辐射起作用。而太阳辐射主要来自于太阳内核的核聚变反应。

 

所以,很多人都确信,未来能源的终极方案是:可控核聚变。全球不少国家和地区都在这方面投入巨大,不过现在距离可控核聚变全面铺开还有相当长的路要走。

 

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的科拉超深钻孔,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。

 

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。

 

 

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

 

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。

 

如何发电?

 

该公司计划钻探深度要达到20公里,比之前的记录要深7700米左右。当初科拉超深钻孔达到12000米左右时,温度已经到了300-400度之间。

 

如果钻孔达到20公里,那么温度至少也得400度左右。该公司同研究发现,这里的温度应该在480度左右。至于如何利用这里的能源,其实采用传统发电厂类似的“烧开水”模式即可,480度烧开水还是轻而易举的,这就可以实现对地热的使用。

 

该公司还提出了一个详细的计划时间表:

 

2024年,建成第一个钻井平台,这是结合传统机械旋转钻井和毫米波钻并用的全尺寸混合钻井平台。

 

2026年,建成第一个超热增强型地热系统,并且从少数几个井中获得100兆瓦的热能。

 

2028年,把一个传统的化石燃料发电厂改造成地热蒸汽发电厂。

 

该公司还声称,这种地热发电不仅是清洁能源,同时对于人类来说是不可能用完的,可以说是能源短缺的终极解决方案。

 

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。

 

1、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!

 

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。

 

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。

 

2、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。

 

比如大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地,2019年在山东省日照市和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。

 

3、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?

 

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。

 

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!

 

能源开采对地球有什么影响?

 

众所周知,在地球进入后工业时代之后,石油的开发总量史无前例得被提高!人们对石油的需求也日益剧增!

 

可能很多人不曾想过,地球经过千百万年的演变所形成的石油,最终会去到哪里?

 

在经过千百万年的地壳变动之后,这些能源逐渐进入地幔,最终会和地外核一道,总成地球动力能能源!也是靠这些源源不断的能源,形成了地壳活动。造成地震和火山喷发!地震和火山运动又会再次将板块振动,让一部分能源回流地下。周而复始,保存了地球鲜活的生命力!

 

所以,石油不单是工业的血液,也是地球的血液!

 

人们不断地开采石油,将千百万年来形成的石油,短短千百年间消耗殆尽!未来数百年后,地球将失去这种能源!人类就好比地球上的“蜱虫”不断在吸食地球的血液!

 

好在一些了不起的国家,发现过分开采石油不但会影响地球环境,也会造成地球的逐渐衰弱!这些年积极推广清洁能源、电力汽车!

 

而Quaise Energy公司的这项新技术,其怀有的愿景是好的,但过分利用地球自身所需能源,会不会对地球造成不可挽回的影响?

 

近日来有宇宙物理学爱好者指出,火星上磁场的消失,很可能与火星地核能量源消失有关!

 

对地热能量的开采,如同“吸血鬼”蚊子一样不断吸食地球的血液!

 

希望Quaise Energy公司相关工程的专业人士,能在实施此项技术同时,优先考虑开采地热能源会否对地球造成不可挽回的损失。

 

请保护我们共同家园——地球!

  • 个人
    中心

  • 联系
    客服

  • 购物车

  • 返回
    顶部