眾所周知，太陽能和風(fēng)能是可再生能源，但不常提及的地?zé)崮?/span>，即地球內(nèi)部的熱量，也是重要的、規(guī)模極大、幾乎取之不盡的可再生能源之一。然而，地?zé)崮芤恢币詠矶紱]有得到普及，其原因主要是“巖石熱導(dǎo)率低”、“效率低”、“挖掘成本”等等問題，即使利用地?zé)岚l(fā)電量的美國，也只占其電力的 0.4%。
不過地?zé)崮艿拈_發(fā)難題似乎因一項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)而改變——在2020年從美國麻省理工學(xué)院（MIT）獨(dú)立出來的一家公司“Quaise Energy”正在研發(fā)一個(gè)可以蒸發(fā)巖石的鉆頭，計(jì)劃往地下鉆20公里深，最終目標(biāo)將超深、超臨界地?zé)崮苌虡I(yè)化。而迄今為止，該公司已得到約6300 萬美元的風(fēng)投資金，可見其關(guān)(可)注（行）度（性）之高。
我們需要的所有能量都在我們的腳下！
相信每個(gè)人都知道地核很熱——中心的溫度估計(jì)約為 5200 °C，這是由放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量與地球形成過程中仍然存在的熱量相結(jié)合產(chǎn)生的——這是一場災(zāi)難性的暴力事件，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃云被自身的重力壓成一個(gè)球，這就是地?zé)崮茉葱袠I(yè)喜歡稱其為“我們腳下的太陽”的原因。
根據(jù)麻省理工學(xué)院高級聚變研究工程師保羅·沃斯科夫（Paul Woskov）的說法，地球表面以下的熱量如此之多，僅利用其中的 0.1% 就可以滿足整個(gè)世界超過 2000 萬年的能源需求。
但當(dāng)下非常棘手的問題是，用于石油和天然氣的鉆井設(shè)備無法承受極端深度的超高溫和超高壓，因此我們的地?zé)岚l(fā)電供應(yīng)主要限于火山地區(qū)（如冰島或薩爾瓦多）或炎熱地區(qū)地表附近的水庫。而且使用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行鉆探的成本也會隨著深度的增加而成倍增加——鉆探兩倍的深度成本是兩倍多，這極大地限制了我們可以建造地?zé)岚l(fā)電廠的地方。
人類歷史上鉆得最深的洞！
如果我們可以鉆得足夠深，我們可以將地?zé)岚l(fā)電站放在我們想要的任何地方，但這比聽起來要難。地殼的厚度在 5-75 公里之間變化，最薄的部分往往在深海中。
人類歷史上曾鉆出的最深的洞是科拉超深鉆孔（The Kola Superdeep Borehole），這個(gè)位于挪威邊境附近的俄羅斯項(xiàng)目于 1970 年開始實(shí)施，旨在將地殼一直穿透到地幔，其中一個(gè)鉆孔在 1989 年達(dá)到了12262米的垂直深度。雖然團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)到1990 年將達(dá)到13.5 公里，到 1993 年達(dá)到15 公里，但他們在 1992 年被迫停止運(yùn)營。在那個(gè)深度，鉆探團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)溫度會在 100°C左右，但實(shí)際上他們發(fā)現(xiàn)它更接近 180°C。巖石的密度低于預(yù)期，多孔性更強(qiáng)，這些因素與高溫相結(jié)合，創(chuàng)造了噩夢般的鉆井條件。
另外德國在 80 年代后期花25億歐元也鉆一個(gè)——KTB 鉆孔，但這個(gè)鉆孔項(xiàng)目在結(jié)束前只達(dá)到了 9101 米。同時(shí)鉆探記錄顯示，溫度上升的時(shí)間比預(yù)期的要早，KTB 團(tuán)隊(duì)也驚訝地發(fā)現(xiàn)這個(gè)深度的巖石不是固體，大量的流體和氣體涌入鉆孔，使工作更加復(fù)雜。簡單來說，使用傳統(tǒng)設(shè)備在非常深的地下鉆探在技術(shù)上是可行的，但鉆得越深，溫度越高，越要不停地停鉆換鉆頭，成本太高不可行。
PS：2008 年，卡塔爾 Al Shaheen 油田鉆探達(dá)到12289 米；2011 年，俄羅斯庫頁島近海的Sakhalin-I Odoptu OP-11井深度達(dá)12376 米。
那我們換一個(gè)耐用的鉆頭是否可行呢？
其實(shí)在90年代后期的軍事實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用激光輔助鉆頭進(jìn)行鉆探，可比傳統(tǒng)鉆孔快 10-100 倍地穿過巖石，但激光輔佐鉆孔也不現(xiàn)實(shí)，比如能量在鉆孔的過程中熔化鉆孔軸、激光技術(shù)昂貴等等。
正所謂柳暗花明又一村，隨著核聚變技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)毫米波是大幅加熱等離子體的絕佳方式，如果利用毫米波來鉆探是否可行呢？頻率為 30 至 300 GHz、波長為 1 毫米至 10 毫米的超高頻范圍（EHF）的射頻或電磁（非電離）輻射稱為毫米波（MMW），其高能量束可熔化和蒸發(fā)巖石。
因此在2000年左右，毫米波鉆探技術(shù)開始被研究并為人所知，而從麻省理工學(xué)院的等離子科學(xué)與融合中心獨(dú)立出來的“Quaise Energy”似乎是最接近走出實(shí)驗(yàn)室并在現(xiàn)場進(jìn)行測試的公司。在2017年的實(shí)驗(yàn)中，研究人員用大約 1.4 MW 的 3.2 毫米（95 GHz）波長光束在玄武巖中打出一個(gè)直徑為 20 厘米的孔。
所以“Quaise Energy”在基于突破性的聚變研究和成熟的鉆井實(shí)踐，開發(fā)一種全新的超深鉆井方法——傳統(tǒng)鉆探設(shè)備結(jié)合回旋加速器驅(qū)動的高功率毫米波，簡稱“波鉆”。先用傳統(tǒng)的旋挖鉆到地下巖層，然后切換到高功率毫米波以達(dá)到前所未有的深度，同時(shí)泵入氣體（氮?dú)饣驓鍤猓┱舭l(fā)巖層，并將氣體蒸發(fā)的材料帶到地表。
而Quaise Energy的最終目標(biāo)是往地下鉆到20公里深。根據(jù)其公布的時(shí)間計(jì)劃，第一臺能夠到達(dá) 100 至 1000 米深度的鉆探機(jī)器應(yīng)該可以在 2024 年進(jìn)行演示，并計(jì)劃在 2028 年能夠開始接管舊的燃煤發(fā)電站，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麆恿ρb置，盡管目前尚不清楚他們當(dāng)時(shí)將在哪里或在什么深度鉆探。
為什么要達(dá)到 20 公里的深度？
可能有人疑惑，“Quaise Energy”開發(fā)地?zé)崮芤欢ㄒ@到地下20公里深嗎？這里的關(guān)鍵原因是在地殼中尋找更高的溫度和壓力以實(shí)現(xiàn)超臨界水條件。
物質(zhì)的超臨界狀態(tài)是在高于其臨界值的溫度和壓力下，并且在攜帶物質(zhì)時(shí)觀察到。當(dāng)水的壓力高于 22 MPa，溫度高于 374 °C時(shí)，它變成“超臨界”，即一個(gè)既不是液態(tài)也不是氣態(tài)的狀態(tài)，但同時(shí)具有與液態(tài)、氣態(tài)相同的特性。在這個(gè)狀態(tài)下，每一滴超臨界水的質(zhì)量比水或蒸汽高得多，這意味著它每單位質(zhì)量的能量高出 4 到 10 倍。其次超臨界水是如此的熱，以至于它轉(zhuǎn)換成電能的卡諾效率幾乎翻了一番。也就是說，更多的能量來自于 20 公里深度的地?zé)峋瑥亩a(chǎn)生更多的電力。
最后，如果如果Quaise計(jì)劃成功，我們不需要為太陽能裝置和風(fēng)力渦輪機(jī)清理大片土地，也不需要安裝巨大的備用電池——我們只需在現(xiàn)有發(fā)電廠旁邊鉆探，就可以利用地?zé)崮?，而且是全天候運(yùn)行，到時(shí)能源問題將不再是問題。就目前來說，這項(xiàng)技術(shù)仍然是一個(gè)白日夢，需要時(shí)間去證明。但不管怎樣，這個(gè)看起來不那么“烏托邦”的技術(shù)，至少值得一試。
