歷史性突破！科研人員發(fā)現(xiàn)地球熱量能源利用

有研究團隊鉆了一口約3.2公里深的地?zé)峋?，同時沒有引發(fā)大地震。這可謂地球熱量能源利用的一個福音。

在意大利托斯卡納區(qū)亞平寧山脈翠綠的山麓丘陵深處，埋藏著寶藏。在那里，名為Venelle-2的鉆塔聳立著，標(biāo)出了寶藏的位置。該地?zé)峋|達地表以下約3.2公里的地方，那里的溫度和壓力非常高，以至于巖石開始彎曲。那里擁有形成超臨界地?zé)崃黧w的條件，這種富含礦物質(zhì)的水同時具有液體和氣體的特征。這并不是真正意義上的黃金，但如果Venelle-2能夠鉆至超臨界流體的儲集層，并利用它們讓地表上的渦輪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)起來，那么該類流體會是世界上能量密度最高的可再生能源之一。

未解之謎

但要做到這一點并非易事。如果有大塊巖石滑移，鉆入地下深處可能會引發(fā)地震。這種風(fēng)險在Venelle-2進一步放大，因為人類對該地質(zhì)層知之甚少，介乎于靠近地表的堅硬巖石和地下更柔韌的巖石之間。當(dāng)鉆頭穿過這一層鉆入下面的超臨界流體時，會發(fā)生什么事情，誰也說不準(zhǔn)。

目前，這個謎團仍未解開。由于井底溫度過高，鉆井設(shè)備不堪重負，Venelle-2鉆井停止了。井底的傳感器顯示，溫度已經(jīng)突破了500攝氏度，壓力是地面的300倍。盡管如此，Venelle-2還是創(chuàng)造了有史以來最高的鉆孔溫度，它證明了鉆探至極端的超臨界區(qū)域是可行的。上周，發(fā)表在《地球物理研究雜志》上的一篇論文表明，在不產(chǎn)生任何重大的地震活動的情況下是可以做到這一點的。

論文作者說，他們希望他們的研究能緩解地?zé)徙@探引起地震的恐懼。畢竟，公眾通常只有在鉆探出了問題時才會聽說地?zé)峋５?，日?nèi)瓦大學(xué)的研究人員、該研究的合著者里爾卡多·米內(nèi)托(Riccardo Minetto)說道，Venelle-2說明，“也有許多正面的地?zé)峋@探案例”。

鉆探案例

在意大利中部的Larderello-Travale地?zé)崽铮琕enelle-2鉆探的井只是眾多鉆井中的一個。2015年，一個由多家歐洲能源公司和研究機構(gòu)組成的財團啟動了Descramble項目，意在看看能否從地?zé)崽锾崛「嗟哪茉础Ｋ麄兊挠媱澥倾@探至地表下深層的超臨界流體儲層。如果能從井中提取出高能量密度的液體，這會是Larderello-Travale的又一個歷史性突破。

Descramble團隊并不是第一個尋求采掘超臨界流體的團隊。在美國、日本、意大利和墨西哥進行的實驗，都在具備產(chǎn)生超臨界流體條件的地方進行過鉆探，那些條件包括溫度高于370攝氏度，壓力達到地表壓力的220倍。但實際上只有一個項目發(fā)現(xiàn)了超臨界流體。冰島政府和一個國家能源公司財團共同展開冰島深度鉆探項目，2017年項目研究人員報告稱，他們在地表以下約4.8公里處發(fā)現(xiàn)了超臨界流體。三年后，他們?nèi)匀辉谥铝τ趶你@井中獲得有用的能源。

在冰島深海鉆探項目發(fā)現(xiàn)超臨界流體之時，Descramble團隊開始使用Venelle-2井進行鉆探。他們使用強化鉆探技術(shù)，來穿透比其他地?zé)峋疅岬枚嗟膮^(qū)域。但是，經(jīng)過6個月的鉆探，他們不得不在離目標(biāo)深度只有幾百英尺的地方停下來。鉆孔底部的溫度比冰島井高出近100攝氏度;溫度太高，無法確保持續(xù)鉆探的安全性。

地震風(fēng)險

在整個鉆探過程中，一個由歐洲地質(zhì)學(xué)家組成的獨立團隊，一直在監(jiān)測一個由超靈敏地震檢波器組成的網(wǎng)絡(luò)，那些儀器被放置在Larderello-Travale地?zé)崽镏車Ｔ搱F隊記錄到了某種地震活動，但那些震動在該地區(qū)屬于正常水平。盡管如此，米內(nèi)托還是提出了警告。超臨界地?zé)峋且豁椥屡d的技術(shù)，他說未來鉆探超臨界流體的嘗試“可能會引發(fā)更大的地震事件”。

盡管米內(nèi)托承認還沒有發(fā)生過任何與鉆探超臨界流體有關(guān)的地震，但在過去，地?zé)峋疬^大地震。2017年11月15日，韓國慶尚北道浦項市北部發(fā)生5.4級地震，事后調(diào)查認為浦項地?zé)岚l(fā)電所向地?zé)峋⑷敫邏核淖鳂I(yè)觸發(fā)了地震。幾年前，瑞士巴塞爾的地震也與地?zé)峋嘘P(guān)。一些專家將這些地震事件歸咎于斷層鉆探，這種鉆探提高了效率，但也大大增加了觸發(fā)地震的風(fēng)險。至于鉆探超臨界流體是否比鉆探傳統(tǒng)的地?zé)峋懈蟮牡卣痫L(fēng)險，米內(nèi)托說道，“關(guān)于超臨界流體還有太多的未知因素，無法給出一個正確的答案。”

即使沒有增加地震的風(fēng)險，超臨界地?zé)峋灿衅渌谋锥?。超臨界流體的儲集層似乎少之又少，因此它們不大可能能夠讓這個世界過渡到地?zé)崮?。而這些液體本身也會毀壞襯里和混凝土塞，進而對鉆井造成嚴(yán)重破壞。熱巖能源研究組織主席、地?zé)峁続lta rock Energy聯(lián)合創(chuàng)始人蘇珊·佩蒂(Susan Petty)說，“這些液體具有很強的腐蝕性，會溶解巖石中的很多物質(zhì)，這是你需要應(yīng)對的。這非?？膳?。”

增強型地?zé)嵯到y(tǒng)

相反，佩蒂主張建立“增強型地?zé)嵯到y(tǒng)”，但不依賴于自然存在的地?zé)崃黧w儲層。這種類型的井鉆到干燥、高溫的巖石深處，并從地表注入水。水被加熱到接近超臨界的溫度，然后被抽回地面，促使渦輪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。這是一項借鑒于石油和天然氣行業(yè)的技術(shù)，有望讓地?zé)崮軘[脫對天然熱水的依賴。如果你鉆得足夠深，增強型地?zé)嵯到y(tǒng)幾乎可以在任何地方使用。

在全球范圍內(nèi)，尋找和開采深層的熱水和蒸汽資源的挑戰(zhàn)制約了地?zé)岚l(fā)電的推行。但是，據(jù)佩蒂估計，如果地?zé)崮茉床痪窒抻谧匀贿x擇的地點，它可為世界上絕大多數(shù)人提供一個取之不盡、永不枯竭且無碳的電力來源。

但是，與超臨界井一樣，增強型地?zé)嵯到y(tǒng)也一直受制于技術(shù)挑戰(zhàn)和大地震風(fēng)險。上述發(fā)生在巴塞爾和韓國的地震都與增強型地?zé)峋嘘P(guān)。這是該技術(shù)固有的風(fēng)險，還是鉆井位置的選擇問題，還不得而知。不過，增強型地?zé)岬母拍畎l(fā)展得很慢。在美國，Alta Rock Energy等公司一直難以為其資本密集型項目吸引到資金，而且這些項目獲得的聯(lián)邦補貼也無法與風(fēng)能和太陽能項目相提并論。此外，增強型地?zé)嵯到y(tǒng)作為一種缺乏歷史記錄的新技術(shù)，會讓投資者承受更大的風(fēng)險。

俄亥俄州立大學(xué)能源可持續(xù)性研究實驗室的負責(zé)人杰弗里·比利克基(Jeffrey Bielicki)指出，“地?zé)嵩谑袌鐾茝V上遇到了一點問題。盡管它有很多益處，但人們說起‘可再生能源’時，通常指的是風(fēng)能和太陽能。”

本月早些時候，美國能源部宣布為其專用的地?zé)嵩囼瀳鐾度?500萬美元的研究資金。這只是一個開始，地?zé)崮茉聪到y(tǒng)距離連接你附近的電網(wǎng)還長路漫漫。