酷搜科技 科技杂谈 只需钻入地下几千米 就有无穷能源!为啥没人干呢?

只需钻入地下几千米 就有无穷能源!为啥没人干呢?

自人类学会利用化石能源开始,围绕这些能源的纷争就从来没有停止过,因为所有人都知道这是一个不可持续的买卖,只会越用越少。

众所周知,我们现在使用的化石燃料是亿万年前原始植物存储太阳能,这些燃料的储存效率极低,周期极长。

但即便如此,随着开采技术的发展,这些仅有的化石燃料也能满足人类很长时间的能源需求。

事实上,我们现在使用了大部分能量都是来自太阳能,或者说都只能靠天吃饭。

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比如风能,它的本质是地球大气层接收太阳能不均匀——受热不均导致大气膨胀并产生了风;

水电呢,它其实是将水的势能转化成电能,但是这个势能最初也是太阳能赋予的,水吸收了太阳能变成水蒸气,然后转移到高处。

当然,也有两种能源技术完全不受限于太阳,那就是核能和地热能。

我们现在利用的核能技术是裂变,其能量来源铀等高质量原子分解成更小原子并释放部分能量。

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如果你要问这些重核的能量来自哪里,那么答案还是恒星,准确地说是超新星爆发产生的极端能量让较小的元素融合成了较重的元素。

但重点不是这些核能的最初能量来自于哪里,而是我们需要像开发化石能源一样,去开采包含铀等高质量原子的矿石,这意味着它也不是特别可持续。

剩下的只有地热能,这绝对是地球 “最宝贵的财富”,它就在地球深处,而且它所包含的能量之大可以用取之不尽来形容。

然而,如你所见,很少有人去开采这块巨大的蛋糕,这是为何呢?

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地热能来自哪里?

从随处可见的火山中就不难发现,地球内部是非常炎热的。现有的采矿和钻探经验告诉我们每深入地表32米地温就会升高1℃。

现在科学家普遍认为,到达地球的核心的话,其温度将达到5000℃到7000℃之间,这比太阳表面的温度(6000℃左右)还要高许多。

关于地球内部热量的来源存在许多争议,但是在大部分模型中都有主要的两个来源——那就是引力和放射性元素的衰变。

引力部分与行星的形成有关,早期太阳系中的物质会相互吸引,所以它们逐渐凝聚成更大的星球。

当物质逐渐沉入地球核心,动能在相互摩擦中释放能量,这导致早期的地球热到完全融入的状态。

经过数千万年的冷却,地表逐渐失去温度。不过,从现在地温梯度中不难发现,地球的热量至今还在不停流失。

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要知道地球都已经形成46亿年了,为什么地球内部还是这么热呢?

很明显,仅靠引力最初制造的热量是不够的。

在早期地球还是熔融状态的时候,较重的元素大多会下沉,而较轻的元素大多会浮到表面,所以地球内核积累了许多放射性元素,而这些元素不停地衰变,继续给地球内部加热。

同时,地球很大,体积越大的物体,实际上它保存热量的能力就越好,因为它的表面积相对于体积更小。

所以,现在像体积更小的火星、月球等星球的内部都已经没多少热量了,而地球依然充满活力。

地热能够让人类用多久?

如果地核的热量大部分来自放射性元素的话,那么地热能就是可再生的,至少在50亿年后太阳膨胀成红巨星把地球摧毁之前,地球内核依然不会冷却下来。

即便地球内核的温度不靠放射性元素的持续加温,那么要把7000℃的铁和岩石(地核的主要成分)下降到100℃,其所释放的能量10%被人类利用情况下,也足够人类使用170亿年了(这个是一个网站上的极客估算的数值),这比太阳系存在的时间都久远。

事实上,地热能的储量是难以估算的,不过有一些团队给出了地球表面的热流平均为82兆瓦/平方米左右,这相当于总功率大约为4200万兆瓦。

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图:冰岛地热能发电站

截止2020年底,中国电力的总装机功率是22亿千瓦,也就是说,地球热量流失功率相当于中国发电功率的19倍。

如果放到世界的话,估计仅地球热量自然流失的部分都足以全人类使用了,当然全球的发电功率很可能并没有中国的19倍那么多。

另外,我在一个关于地热能的网站上还看到,仅地核现有热量的0.1%都可以满足人类200万年的总能源需求。

总的来看,人类要是能够利用地热能的话,确实将不会再为能源发愁,更不会因能源而引发纷争。

但是,这么好的能源为什么到现在都很少有人去开发呢?

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图:已知最古老的温泉

开发地热能会怎么样?

其实地热能的利用一直都存在,甚至在原始社会的时候就已经在利用了,最典型的就是温泉,自古人们就喜欢围着温泉泡澡和烹饪。

现在,关于地热能的利用主要体现在两方面,一个是供暖,目前大约有70多个国家这样做,另一个则是发电,目前只有26个国家有这个技术。

当然,咱们中国也是其中一个,只是咱们国家在地热能利用方面还比较落后,所以我们可能对此会比较陌生。

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其实,除了菲律宾、冰岛、萨尔瓦多之外,其它国家利用地热能的比例都非常小,即便是占全球地热能开发总量的29%的美国,他们地热能发电的装机功率只相当于其国家总装机功率的0.3%。

之所以,很少有国家愿意去开发这个取之不尽、用之不竭的能源,原因当然就是它并没有想象得那么容易。

如果我们是挖煤的话,可能在55到90米的深处就能很好地开采了;

如果是石油的话,可能在900米左右就可以有不错的收获了,即便是更深的油田也只要把油给挤出来就好了。

但是地热能不同,对于绝大部分地区来说,2000米的深度可能都还没有入门,而且它还需要在很深的地方制造裂缝。

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我们要利用地热能的话,其实技术上和利用其它大部分能源是差不多的——简单地说就是烧开水。

就像我们前面提到的,地球的地温梯度是差不多每挖32米才会升温1℃,要达到100℃的高温话,那至少得挖到3200米深才行。

实际上,要把水烧开并传送到地面,100℃的高温还远不够,可能200℃都还不够,需要继续挖得更深才行。

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虽然几千上万米对于地球半径来说不算什么,但以人类现有技术,要挖这么深已经非常不容易了,或者说它的成本会很高。

不过好消息是,在一些地方它不用太深就能得到不错的温度,比如那些火山口附近——很多地热能发电站都距离火山口不远,这就是为什么菲律宾、冰岛等国家地热能占比如此之高。

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除了成本高之外,地热能的开采还是最危险的,它很容易引发地震。

这是因为地热能开发至少需要挖两口井——一口井进水、一口井出水,需要用水力压裂方法来打通两口井,这个过程以及之后注水的过程都很容易引发地震。

另外,虽然地热能开发只是简单地烧开水,但事实上它也并不是完全清洁的,这是因为开采钻井也会导致地球内部的碳泄漏到大气层中。

总的来说,地热能的开发技术要求高,成本高,引发自然灾害的风险也大,同时还不是完全清洁的。

所以,就现在能够轻松获取的能源依然还比较多的情况下,地热能对人们的吸引力明显不会太高。

当然,它是一个不错的“未来能源”,可能是我们的后路。

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