钻入地壳20千米！释放无限能源，美国公司的波钻，究竟什么技术？

　　英国《每日邮报》报道了一个有些让人目瞪口呆的计划，美国一家初创公司打算开发一种“波钻”深入地下20千米处，率先在核聚变突破前实现“无限能源”。

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　　“波钻”是什么技术？为何能钻入地壳下20千米？

　　Quaise Energy是麻省理工学院的一家初创公司，总部位于波士顿和休斯顿，近期获得了4000万美元的融资，用于开发该公司提出的一种钻探技术：“Wave Drill”（波钻）。

　　为什么以前的钻头钻不深

　　它的革命性技术可以钻入地壳下20千米！而在此之前，全球最深的钻井曾是位于科拉半岛邻近挪威国界的科拉超深钻孔，其垂直距离为12262米，后来在2008年和2011年被在卡塔尔的阿肖辛油井（12,289米）和俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井（12,345米）陆续打破。

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　　但科拉超深钻孔仍然是地球上最深的参数井（纯科学用途），为什么钻不了那么深其实从科拉超深钻孔的几次事故中可见一斑：

　　

• 1970年5月24日开始钻孔，到7000米处都很正常，但钻到了一个空洞区域，结果钻杆扭曲被卡住，提钻时候钻头脱落了，发生了几次；

• 　　1983年到达12066米，但钻杆断裂，提起钻杆后只能从7000米处重新钻；

• 　　1990年时候到达了12262米，钻杆又断了，这回不钻了，其实也没钱了；

　　以上只是三次比较大的灾难性事故，各种钻探的钻头过热磨损，更换比比皆是，由于地下高温，钻杆有太长，每次更换钻头都得提起钻杆然后再慢慢下钻，这个时间实在是太浪费了，而且一旦断提起钻杆的时，那么此前钻的可能有很长一段就浪费了。

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　　右侧为数次钻孔的路线

　　革命性的波钻技术为何那么厉害？

　　Quaise Energy用的是非传统的钻头，以前都是通过切削岩层并将其带出洞口取得向下钻进深度，但Quaise Energy公司拥的却是一种革命性的微波钻头。

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　　它是利用高功率毫米波将钻头前方的岩石蒸发，因为非接触，也更容易散热，因此它要比其它机械切削的钻头更耐高温，在Quaise Energy的规划中，将在2024年钻出与机械钻头混合的钻井，到2026年，将会利用钻井获得100兆瓦的电力。

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　　无限能源到底从哪里来？地热能就是无限能源？

　　相信大家一定是猜到了Quaise Energy公司想利用的就是地热，因为越往地下就会越热，按每下降100米增加2℃计算，在20千米深的地下大概已经达到了400℃，水的临界温度T=374℃，所以只要达到这个深度，那么这里高温将轻而易举的将水烧开并提供源源不断的能源。

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　　真是无限吗？答案居然是肯定的

　　因为它利用的是地热，尽管地热也是有限的，但对于人类每年利用的能量与地热总蕴含的能量相比，那利用时间对于人类来说差不多就是无限了！

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　　据百度百科给出的数据，整个地球在5000米以下深度的总能量约为14.5×10^25焦耳（J），相当于4948万亿吨标准煤，按2020年全球消耗约80亿吨煤炭计算，大约可以用618500年，不过这个百度这个数字应该是远远低于实际，可信度比较差，但即使如此，也可以用接近62万年。

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　　所以笔者翻了维基的数据，结果查到地球的热含量约为1 × 10^19 TJ，1 TJ=1000000000000J，那么换算成焦耳应该是1 × 10^31 TJ，大约是让地球回到“零件”时代能量的10%左右，这个数字还算靠谱，如果按烧煤算的话至少可以用620亿年，加上燃油与其他消耗，怎么也得超过100亿年不是吗？所以算无限，似乎还真没啥毛病。

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　　可以用到太阳熄灭

　　其实不用到20千米那么深，干热岩的深度更浅

　　有一个必须了解的是，并不需要钻那么深，地壳并不是均匀一致的，有些地方因为地壳活动，岩浆距离地表比较近，形成了火山，有的则形成了干热岩，这种深度一般小于5千米，甚至在2-3千米左右，各国因为地质条件差异均有分布。

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　　比如大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地，2019年在山东省日照市和威海市的部分区域发现干热岩富存区，资源量总计相当于188亿吨标准煤。青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5。

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　　但干热岩难以利用

　　尽管它埋藏比较浅，现代钻井技术可以轻易到达，但有一个问题，干热岩的利用基本需要两口井，钻探成功后需要压裂，然后一口井注水，另一口井出热水或者蒸汽，很理想不是吗？

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　　但干热岩经过这样折腾后温度降低，蒸汽产量迅速下降，用不了几年就得换一个地方了，而有时候钻探成本都收不回来，因此对于干热岩的利用是比较困难的，搞不好血本无归。

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　　相信美国这家Quaise Energy公司应该会遭遇同样的问题，尽管他们旨在20千米深的地下，地热能蕴藏量会更丰富，但更深的地层意味着更高的成本，除非这种“波钻”技术可以大幅度降低钻探成本，否则不断钻孔又不断废弃，会让这家公司发疯！

　　延伸阅读：地热不是无限的

　　上文就确定了，地热并非无限能源，它来自于地球诞生时积蓄的引力坍缩能以及放射性物质的衰变能，前者可能只占1/3不到，后者占了2/3以上，地球已经诞生45亿年，连最久的铀-238都已经过了半衰期，所以未来地球内核热量产出会越来越少，最终会凉凉！

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　　而科学家估计大概在23亿年后这个日子就会到来，地球内核冷却，无法支撑内核运动，再也无法以发电机效应产生磁场，一旦磁场消失，首先高能粒子会直接进入大气层到达地面，辐射大增，引发生命灭绝危机。

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　　另一个严重后果则是磁场消失，高能粒子直接轰击大气层分子，使其达到逃逸速度渐渐逃离，要不了几亿年地球大气层就跑光了，未来的地球就像现在的火星一样，这个结果实在太可怕，不过好在是在未来几十亿年后才会发生！（完）

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