地球能源系统(地球内部无限能源)
地球上的能源并不是无限的,尤其是现在广泛使用的化石能源属于不可再生能源,总有一天这些一次性能源会被耗尽。
假如那一天真的到来,人类会灭亡吗?
美国经济学家塞尔罗伯茨曾对这一场景进行了假设,他认为人类的资源不会消耗完,因为一旦某一项资源短缺,价格就会上涨,到达阈值后,人类就会用各种方法尝试找出其他替代品。
以两次工业革命为例,第一次工业革命人们开始广泛使用煤炭,在察觉到煤炭的高污染以及低效率后,转而在第二次工业革命开始投入使用石油和电能。
煤炭和石油都属于化石能源,是远古生物的遗骸在地下经过上千万年演化而成的,然而这些能源终究是地球表明的能量,真正的汹涌澎湃的能量隐藏在地表之下。
比如海啸和地震,它们都是地球内部在释放过高的能量,假如人类能够把这些能量化为己用,那么我们就彻底解决了能源危机的问题。
要开发地热能源,就得向下探寻
《每日邮报》报道:美国的一家初创科技公司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两万米以下。
目前为止,钻探到最深的分别为12345米的Odoptu OP-11油井,以及12289米的阿肖辛油井,最后是12389米的科拉超深钻孔。
可以发现,它们的深度都在12000米左右徘徊,而地球的半径足有6371千米,连地球半径的六千分之一都不到,只能说刚刚动了动地皮。
无法向下继续钻探的根本原因无一例外,都是钻头的强度太弱了,从科拉超深钻孔的几次事故中就可见一二:
1970年正式动工,在7000米以前都很顺利,但到了一个空洞区域,钻杆扭曲被卡住,再提钻时钻头发生脱落,这样的事故重复有几次。,983年到达12066米的深度,钻杆再次断裂,只能从7000米的深度重新开始。
以上的例子还只是比较大的事故,其他钻头过热磨损的小事故比比皆是,这主要是由于越深的地层岩石密度就越大,钻头长时间与岩石摩擦就会导致钻头越来越热以致崩坏,每次更换钻头都要先提起钻杆再往下钻,甚至有可能要重新钻,导致效率十分低下。
长久以来,人们一直试图在钻头的硬度上再叠加,但传统金属无论怎样革新,硬度都不会有较大的突破。
但这次Quaise Energy公司的钻头就大不相同。以往的钻头都是通过破碎岩石并将其带出洞口以获得深度,但Quaise Energy公司的钻头是一种不和岩石直接接触的微波钻头,它利用回旋加速器发射高功率的毫米波,融化蒸发前方的岩石向下行进。
由于它没有和岩石直接接触,也就更容易散热,大大增加了波钻的耐用性。
Quaise Energy科技公司目前已经获得了4000万美元的资金,他们的计划书声称:将于2024年投入毫米波技术的应用,并和机械钻头混搭进行钻探实验,2026年正式开始下探钻井获取电力,开发无限能源。
那么地表之下,到底是什么能源有如此大的吸引力?
地球由地壳地幔地核三部分组成,地壳的平均厚度为17公里,经过地壳到达地幔后有一个厚度约180米的软流层,主要构成是700℃-1300℃的熔融岩石,地表火山喷发的岩浆就从这里而来。
但地球最多的能量源于地核,由液态铁镍组成,那么Quaise Energy的钻头既没有到地核也没有地幔,还在地壳打转悠,这里有什么能源呢?
在地表之上高度越高,温度就会越低,在地表之下则是深度越大,温度则越高,即越往地下就会越热,按每下降100米增加2℃计算,至20公里的深度时,周围的气温已经达到了400℃,水的蒸发临界温度为374摄氏度,所以这里的高温将源源不断地提供能源。
那么地热真的是无限的吗?
当然并不是,只是对人而言是无限的,根据计算整个地球的热能超过了1 × 10^19 TJ,2018年地球煤炭消耗量为80亿吨,按照这个标准来看,地球的热能可以供给人类使用620亿年。
而太阳的寿命大约只剩下50亿年,50亿年后地球都无法再居住了,所以对人类而言,地球的资源的确是无限的。
不过波钻技术也引发了不小的争议
有些科学家认为,钻探到地下20千米会影响局部的地质稳定,引发一系列地质灾害和连锁反应。
另一部分科学家则认为,20千米对地球来说不过挠痒痒,而且还可以为研究地层提供充足的研究数据。
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