“熱心”地球

我們總說太空浩瀚如煙，而其實地球內部同樣也別有洞天。如果無限下探我們腳下的土地，經過松散的土壤層、堅硬的地殼、高溫的地幔，會發現我們藍色的地球內部深處原來是熔巖的海洋。

地球誕生時積蓄的引力坍縮能與放射性物質的衰變能結合形成的熱量在地心內部聚集，溫度能達到約5200攝氏度，是名副其實的“熱心”地球，這些熱量是我們這顆星球形成、發展的原動力。

來自地球內部的一部分熱量達到地表釋放，我們熟知的溫泉、火山、地震等都是地熱能量的釋放方式，而更多的熱量被封存在地下深處。據估算，地球的總內熱是全球煤炭儲量的1.7億倍，相當于500萬億噸標準煤，可以滿足人類幾十萬年的能源需求。

地熱能擁有其他能源不可比擬的優勢。傳統的火力發電需要持續消耗燃料且污染環境，風電、水能和太陽能波動太大，無法穩定輸出，而終極能源可控核聚變能仍然有很長的路要走。在這樣的背景下，看似“觸手可及”的地熱能成為了雙碳“種子選手”，只需要挖一個足夠深的井，就可以獲取源源不斷的地熱能，穩定、環保、零排放。

優勢如此明顯，但事實上，當前地熱能發電只占到了全球電力供給的不到1%，這又是為什么？因為與人類“上天”的技術相比，我們“入地”的技術明顯笨拙了很多。

“挖穿地球”計劃

想要無限達到地心，目前的方法仍然簡單粗暴，就是挖洞。這其中用到的理論與方法并不難，最關鍵的是成本和效率。

目前人類挖得最深的洞是20世紀蘇聯的“地球望遠鏡”計劃。

官方宣稱這項科研將鉆地15000米，目的是讓人類更多地了解地球內部的構造，這項計劃自然引來各界關注。但可惜的是，這項持續了24年的工程最終停在了12262米的深度，距離目標如此近卻選擇了終止，在當時也引來了諸多猜想。但事實上并不存在什么神秘原因，純粹是因為——太貴了。

傳統挖洞技術缺陷明顯：成本高，挖不深。因為鉆頭本身非常昂貴，而且需要經常更換，挖一個直徑20厘米，深度10公里的洞，大概需要3000萬美元。另外洞挖得越深，環境也越惡劣，到了地底一萬米，溫度達到300攝氏度，無論溫度還是巖層的硬度都已經不是普通鉆頭能承受得了。

因此，出于經濟和技術困難，蘇聯最終停止了這項探索，而科學界對深層地熱的開發也幾乎陷入停滯。

目前，地熱能的開采只集中在一部分地殼板塊的裂縫處或中淺層地熱，這部分利用率跟整體地熱比十分有限。大部分溫度在500攝氏度左右的優質地熱能分布在地下10公里左右，仍然令我們“可望而不可即”。

波鉆技術：地熱開采迎來新時代？

而就在今年4月，美國科技公司Quaise Energy對外宣稱正在開發一種“波鉆”技術，能鉆地20公里，釋放無限地熱能。

該項技術起源于美國科學家沃斯科夫在研究核聚變過程中提出的假設：如果將高強度電磁波對準石頭，把石頭加熱到蒸發，是否可以實現地下鉆洞的目的。之后的數十年里，沃斯科夫一直投身于這項研究，并成立Quaise公司，獲得超7000萬美元的投資。

波鉆技術原理并不復雜，就是利用高功率毫米波發射器發射電磁能強束，將鉆頭前方的巖石熔化、蒸發。這項挖洞技術優勢明顯，因為發射光波讓巖石熔化，所以鉆頭本身并沒有和巖石接觸，這有兩個好處，其一就是鉆頭磨損少，不需要頻繁更換昂貴的鉆頭，成本主要在耗電，而這花費幾乎是傳統挖洞方式的1/60；其二更利于挖掘設備的散熱，這就讓鉆頭能夠探向更深處，開采到品質更好、溫度更高的地熱能。

波鉆技術看起來已經完美解決深層地熱的開采難題，目前Quaise公司在計劃書聲稱：將于2024年投入對毫米波技術的應用，并和機械鉆頭混搭進行鉆探實驗，2026年正式開始下探鉆井獲取熱能并轉化為電力。這一消息無疑讓各界感到振奮，畢竟減少碳排放，控制全球變暖留給我們的時間已經不多。

如果這項技術能成功達到預期，那它將開啟深層地熱開采新時代，也許在可控核聚變技術突破前，人類真的能實現擁有無限能源的美好愿望，讓我們拭目以待！

參考文獻：

[1]Huttrer G W. 2020. Geothermal power generation in the world 2015-2020 update report[C]//Proceedings World Geothermal Congress 2020. Reykjavik: WGC.

[2]鄭克，潘小平，馬鳳景，等.地熱利用技術[M]. 北京：中國電力出版社，2018.

[3]科普黑洞：鉆入地殼20千米！釋放無限能源，美國公司的波鉆，究竟什么技術？[N/OL]. [2022-06-08]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1735063446249977548&wfr=spider&for=pc

作者：牛明敏

審核：張玉修、中國地質大學（武漢）王璐教授

責任編輯：胡惠雯