地下20000米处，藏有可供人类用23亿年的无尽能源？美国正在布局

据《每日邮报》报道，美国一家初创科技公司Quaise Energy正在开发一种波钻技术。这种技术可以让钻头深入地表2万米以下，获得源源不断的地热能。 一旦开发成功，这些能源能够让人类使用23亿年。这个说法听起来很诱人，好像人类终于找到了摆脱化石能源的终极方案。不过，地下20000米是什么环境，23亿年是怎么算出来的，美国实际进展到了哪一步，这几个问题需要分开来看。这种设想是否真的能实现，地球会不会因此被挖穿，可以从以往的深钻经历说起。 人类对世界的探索从未停止。早在上世纪70年代，人们就产生了挖穿地球的想法，比如苏联的科拉超深钻孔计划。但直到1994年计划终止，这口井的钻探深度也只达到12262米。其实科拉计划实施的前期十分顺利，仅用10年时间，钻探深度就达到了12000米。 但在之后的10年里，钻探深度只增加了262米。可见越往后，钻探难度就越高。科拉超深钻孔当年只是科学探测，并不是用来开发地热的。 打到后期，高温和设备损耗越来越严重，项目最终停止。地壳的平均厚度约为17公里，大陆部分的地壳厚度在33千米左右，而科拉超深钻孔至今也仍然停留在地壳之中。 并且随着深度增加，温度也会随之升高，每加深1000米，温度就升高30摄氏度。所以以目前的技术手段来说，挖穿地球是不可能的。 地下20000米也就是20公里，而地球半径约6371公里，所以这个深度只是地壳深部，离地幔还很远，更谈不上地核。这一深度的岩石在很多区域没有地下水，温度很高，行业里把它叫作干热岩。但此前，美国一家公司重新拾起这一计划，开始向地下钻探。这么做的主要目的是获取地热能。 地热能是一种从地壳中抽取的天然热能，以热力的形式存在。它可以通过地下水的流动和熔岩涌至离地面1到5公里的地壳中，再被送到离地面较近的地方。 人们比较熟悉的温泉，利用的就是地热能。早在1904年，意大利王子皮耶罗·吉诺里·康蒂就尝试将地热蒸汽用于发电。通过液压或爆破碎裂法，把水注入岩层，产生高温蒸汽，然后将蒸汽抽出地面，推动涡轮机转动，使发电机发电。没有用到的水蒸气和废气还可以送回地下循环利用。 到了1990年，该地区安装的发电机发电量达到6000兆瓦，直接利用地热资源的总量相当于4.1吨油的发电量。如果人类能够把这些能量开发出来，就可以彻底解决能源危机问题。所以各国科学家都在积极研究地球内部的资源。地球内部的热量，一部分是地球形成之初留下的原始余热，更大一部分来自铀、钍、钾等放射性元素持续衰变释放的热量。 科研人员估算出地球内部热能总量，再除以人类每年消耗的能源总量，就得出了“可供人类使用23亿年”的说法。不过，这只是理论总储量，并不等于能够打井开采出来的能源。 岩石导热能力很差，热量锁在致密坚硬的岩石里，不会自己跑上来，必须人工造储层、打井、注入循环介质才能取出来。真正有意义的指标，是经济上可开采的干热岩资源量。 国内评估显示，大陆地区3到10公里深度的干热岩资源量折合标准煤是天文数字，但在现有技术条件下，只有很小一部分有开采价值。深度超过10公里后，钻井成本和工程难度会呈指数级上涨。 这家美国公司正在开发的波钻技术，声称能钻入地下20千米。这项技术最关键的是钻头，它和以往的普通钻头大不相同。 以前的钻头主要靠破碎岩石，再把碎石吸出来，以此获得深度。随着深度增加，温度也在升高，所以不管钻头材质有多硬，最终都会很快磨损，需要更换。 而这家美国公司使用的是一种不与岩石直接接触的微波钻头。它通过回旋加速器发射高功率毫米波，把岩石熔化、蒸发后再继续前进。不与岩石直接接触可以更好地散热，也提高了钻头的耐用性。钻到目标深度之后，干热岩还要靠增强型地热系统（EGS）取热。 具体做法是：打注入井到高温岩层，用水力压裂造出裂缝，再注入冷水吸收热量，然后从生产井抽回高温流体发电，冷却后的水回灌地下循环使用。它不受昼夜和季节影响，可以常年稳定发电。 难题同样不少。压裂裂缝的走向很难精准控制，一旦失控还可能诱发轻微地震，美国早年部分EGS试验项目就因此遭到居民反对而暂停。 此外，高温会缩短井下设备寿命，持续取热会让岩层降温，一口超深井的投入也动辄上亿元。近几年，美国重新加大了EGS投入。 美国能源部推出专项计划向企业和科研机构拨款，用来验证低成本钻井、精准压裂等技术。风电和光伏规模扩大后，电网需要稳定的基荷电源，地热正好能满足这一需求。 不过，美国的大部分项目还是兆瓦级的小型示范项目，尚未实现商业化。国内也在青海共和等地开展了干热岩示范工程，试验井深度在四五公里级别，井下温度超过200摄氏度，已经实现试验性取热。 国内的路线是先浅后深，先把压裂、回灌、换热等工艺跑通，再逐步向更深的地层探索。正因为如此，很多科学家对此持乐观态度。 但未知的事情总会存在隐患，从未做过的科研项目同样会让人畏惧。所以面对这种新型技术，仍需保