人类把飞船送到了 38 万公里外的月球,往脚底下却只钻了 12 公里多。苏联当年在科拉半岛打了一口井,从 1970 年打到 1989 年,24 年钻到 12262 米就停了。
现在美国一家公司说,要用微波钻头往地下钻 2 万米,取那里的干热岩地热,够人类用 23 亿年。
这听着像吹牛,可技术真在攻关。
这事要是成了,以后什么光伏风电、什么页岩油,都得靠边站。
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科拉超深钻孔是苏联干的。
1970 年 5 月 24 日启动,在科拉半岛上,靠近挪威边境。计划打到 15000 米。
实际打了 24 年。1989 年钻到 12262 米,再也钻不动了。花了 3.5 亿美元,只完成了目标深度的 61%。
为什么停。不是没钱,是技术到顶了。
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到 12000 米那个深度,岩石温度已经到 180 摄氏度。这个温度下,钻头在岩层里转,冷却跟不上,钢材变软,钻杆断了好几次。
更麻烦的是,那里的岩石比科学家预想的软,钻头一压就弯,井壁还容易塌。
苏联人当时本来以为,到那个深度会钻到地壳和地幔的分界 —— 莫霍洛维奇不连续面。结果发现,岩石成分跟预想的完全不一样,莫霍面比预想的深得多。
这口井 1989 年停了之后,整个基地慢慢荒废。井口盖了个生锈的金属帽,上面焊着数字 12262 米。
现在科拉半岛成了旅游点,游客去看那个盖子,顺便看极光。
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人类从 1970 年到今天,五十多年过去了,最深的人工钻孔纪录还是这口苏联井。
美国 2018 年搞的那个跟日本合作的深海钻探,垂直深度也没超过它。
地下 2 万米,也就是 20 公里。
这个深度已经钻进地壳很深处了。地壳平均厚度,大陆下面是 30 到 50 公里。2 万米还在大陆地壳里,但温度已经非常高。
地下温度每往下 100 米升大约 3 摄氏度。到 2 万米,岩层温度能到 400 到 500 摄氏度。这种温度下的岩石是干的,没有水,可它本身就是个巨大的热源。
这种东西叫干热岩。
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取热的办法不复杂。打一口井灌凉水下去,凉水在地下被干热岩烤成蒸汽,再打另一口井把蒸汽抽上来,蒸汽推动汽轮机发电。
水在地面冷却之后再灌回去,循环用。
整个过程不烧煤、不排碳、不依赖天气、不用看天吃饭。电站 24 小时能发电。这块热源在地下放着,它自己不会跑。
这跟现在常见的地热不一样。现在世界上运营的地热电站,基本都建在有天然热水的地方,比如冰岛、中国西藏羊八井、美国黄石公园边上。
这些地方靠天然热水上涌,资源有限。
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干热岩是另一回事。它不依赖有没有天然热水,哪里地下 2 万米够热,就能在哪里建电站。从理论上说,整个大陆底下全是这种热源。
真正卡脖子的,是钻头。
传统钻头在地下 2 万米那种高温高压下,根本转不动。钢材在 400 摄氏度下变软,钻杆一扭就断。
美国有一家叫 Quaise Energy 的公司,搞了个思路。
它不用机械钻头,用微波。把高能毫米波通过钻杆送到地下,对着岩石发射,岩石被微波一照,表面直接熔化或者粉碎。
钻头不用硬磨岩石,而是把岩石烧软再带上来。
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这种技术如果搞成,钻头在高温下磨损的问题就解决了。因为它不是靠钢材硬磨,是靠能量把岩石分解。
Quaise 的目标是先把现有油气田的废井改造成干热岩地热井。那些井已经钻到 3 到 5 公里深了,他们用微波技术再往下钻,一路打到 2 万米。
这样比从零开始钻,省钱。
美国能源部这几年也在给钱。他们的 "增强型地热系统"(EGS)计划,就是支持这种深地地热技术。
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Quaise 宣传说,地下干热岩的资源够人类用 23 亿年。
这个数字怎么算出来的。是把大陆地壳底下几公里到 20 公里的干热岩里包含的热能,全部换算成电能,再除以人类现在一年的总用电量,得出的理论最大值。
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听着很惊人。可这个数字有几个前提。
第一,你得真的能把那么深的热量抽出来。现在人类连 2 万米的井都还没打成。Quaise 的微波钻头还在试验阶段,第一口示范井预计要到 2028 到 2030 年才钻。
第二,你得让热能持续稳定地抽。干热岩里热量抽出来之后,岩层冷却得比你补热快。抽个几十年,那个井底下的岩层就变凉了,得换地方再打。
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第三,23 亿年是理论值,不是现在就能用的量。现在全球一年一次性能源消耗折成电力大约是几十万太瓦时。
干热岩里的总热容量确实巨大,可人类技术现在能开发出来的比例,连零头都不到。
中国这边也在搞。青海共和盆地已经打成了中国大陆第一口干热岩试验井,深度 3000 多米,温度 180 度。
中国地质调查局的规划是到 2030 年在青海建成示范电站。
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深地地热这个方向,确实是真的。
它不像可控核聚变那样,永远在 "还有五十年就实现"。增强型地热系统在技术上没有原理性障碍,就是工程难度大、成本高。美国公司在攻关微波钻头,中国在青海打试验井,欧洲在阿尔卑斯山打深井。
可这个方向真正商业化,还要十年二十年。
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人类对脚底下那点东西,其实了解得很少。我们对月球表面的地质数据,比对地球地壳 30 公里以下的数据还多。
科拉那口井之所以停在 12 公里,不是因为苏联人懒,是因为那个深度的工程难度超出了 1970 年代的材料技术。
现在 Quaise 想用微波钻头突破这个天花板。如果真钻到 2 万米,把干热岩地热变成可商用的能源,那以后人类的能源结构会重新洗牌。
石油、天然气、煤炭这些化石能源,会被从基础能源的位置上慢慢换下来。
23 亿年这个数字听听就行。真能用上百分之一,人类的能源问题就够解决好几百年。
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