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只需鉆入地下幾千米,就能找到無窮能源!為何沒有人開發地熱能?

2024-10-05科學

自打人類開始利用化石能源,圍繞這些能源的爭端就從未消停過,因為大家都清楚,這是個不永續的買賣,只會越用越少。

化石燃料是遠古植物存的太陽能,我們現在用的就是這些燃料,雖然它們的儲存效率低、周期長,但隨著開采技術的發展,這些僅有的化石燃料也能滿足人類很長時間的能源需求。

實際上,我們現在用的大部份能,都來自太陽能,也就是得看老天的臉色。

風能,其實就是地球大氣層接收太陽能不均勻,受熱不同導致空氣膨脹形成的風。

水電就是把水的勢能轉化為電能,而這勢能最初也是太陽能賦予的,水吸收太陽能變成水蒸氣,再被運到高處。

當然,核能和地熱能兩種能源技術不受太陽限制。

我們現在的核能技術是分裂,它透過把鈾這類高品質原子分裂成小原子,釋放出一部份能量。

你要是好奇這些重核的能量是咋來的,那我告訴你,這還得是恒星,尤其是超新星爆發時產生的超強能量,讓較小的元素融合成了較重的元素。

但關鍵不在這裏,而是我們得像開采化石能源那樣,去挖掘鈾這類高品質原子的礦石,這其實也不是很永續。

那可就只剩下地熱能了,這絕對是地球的「寶藏」!它深埋在地底,能量多得簡直可以說是取之不竭。

但是你看,很少有人去挖這塊大蛋糕,這是為啥呢?

地熱能從哪來的啊?

地球內部非常熱,這從常見的火山就能看出來。根據現有的采礦和鉆探經驗,每深入地表 32 米,溫度就會升高 1℃。

科學家現在普遍認為,要是能到達地球核心,那兒的溫度會在 5000℃到 7000℃之間,這可比太陽表面(6000℃左右)的溫度高多了。

重力與行星形成有關,早期太陽系物質互相吸引,逐漸聚成大星球。

物質沈入地球核心,動能摩擦生熱,讓早期地球熱得完全可以融為一體。

數千萬年過去了,地表的溫度逐漸降低。但是,從現在的地溫梯度可以看出,地球的熱量仍在不斷散失。

地球都形成 46 億年了,可為啥地球內部還這麽熱呢?

很明顯,重力最初制造的熱量不夠。

在地球還是熔融狀態時,重元素下沈,輕元素上浮,所以地球內核有很多放射性元素,它們持續衰變,給地球內部加熱。

而且,地球很大,物體越大,其保存熱量的能力其實越好,因為它的表面積相比體積更小。

那現在火星、月球這些體積小的星球內部熱量可少了,地球倒是還充滿活力呢。

地熱能能用多久呢?

要是地核的熱量主要來自放射性元素,那地熱能就是可再生的,至少在 50 億年之後太陽變成紅巨星把地球毀掉之前,地球內部不會涼下來。

就算地球內核的溫度不靠放射性元素持續加熱,那把 7000℃的鐵和巖石(地核的主要成分)降到 100℃,所釋放的能量,就算只有 10%被人類利用,也夠人類用 170 億年了(這是一個網站上極客估算出來的數位),比太陽系存在的時間還長。

其實,地熱能的儲量很難估摸,但有些團隊給出了地球表面的熱流平均約為 82 百萬瓦/平方米,這就相當於總功率約為 4200 萬百萬瓦。

截至 2020 年底,中國電力總裝機功率為 22 億千瓦,這意味著地球熱量流失功率是中國發電功率的 19 倍還要多。

如果在全世界範圍內看,可能僅是地球熱量自然流失的部份就夠全人類使用了,當然,全球的發電功率也許沒有中國的 19 倍那麽多。

此外,我還在一個地熱能網站上看到,僅地核現有的熱量,其 0.1%就可以滿足人類 200 萬年的總能源需求。

總的來說,如果人類能利用地熱能,就不會再為能源擔憂,也不會因為能源而發生沖突。

可是,這麽好的能源,為啥到現在都沒多少人去開發呢?

開發地熱能會帶來什麽影響呢?

地熱能的利用古來有之,原始社會就已經開始了,最典型的例子就是溫泉,自古以來人們就愛在溫泉裏泡澡、做飯。

現在,地熱能的利用主要體現在供暖和發電兩個方面,供暖的國家大約有 70 多個,發電的國家只有 26 個。

當然,中國也是其中之一,只不過我們國家在地熱能利用方面還比較滯後,所以大家對此可能不太了解。

實際上,除了菲律賓、冰島和薩爾瓦多,其他國家利用地熱能的比例都非常低,就算是地熱能開發總量占全球 29%的美國,其地熱能發電的裝機功率也僅相當於其國家總裝機功率的 0.3%而已。

為什麽很少有國家願意開發這個能源呢?因為它沒有想象中那麽容易。

要是我們去挖煤,挖到 55 到 90 米深就開采得挺好了;要是挖石油,挖到 900 米左右就有不錯的收獲了,就算更深的油田,把油擠出來就行。

但地熱能不一樣,對大多數地方而言,2000 米的深度可能還遠遠不夠,還得在地層深處制造裂縫。

如果想利用地熱能,那在技術上跟利用其他大部份能源差不多,說白了就是「燒開水」。

正如我們之前所說,每挖 32 米,地球的溫度大約升高 1℃。如果要達到 100℃的高溫,那至少得挖 3200 米深。

事實上,要把水燒開並送到地面,100℃的溫度遠遠不夠,可能得挖到 200℃才行。

雖然幾千上萬米相對於地球半徑來說是小意思,但人類現在的技術,要挖這麽深真的很不容易,成本也會很高。

不過好訊息是,有些地方不用挖很深就能獲得較好的溫度,比如火山口附近——很多地熱能發電站都建在離火山口不遠的地方,這就是為啥菲律賓、冰島等地熱能占比那麽高。

除了成本高,地熱能開采還很危險,容易引發地震。因為開發地熱能至少要挖兩口井,一口進水,一口出水,還要用水力壓裂法打通兩口井,這個過程及之後註水都容易引發地震。

此外,地熱能開發雖說就像燒開水那麽簡單,但其實也沒那麽幹凈,因為開采鉆井也可能造成地球內部的碳泄漏到大氣中。

總的來說,地熱能開發技術要求高、成本高,還容易引發自然災害,並且也不是完全清潔的。

那現在能輕松獲得的能源還挺多的,地熱能對大家的吸重力肯定不大呀。

這是個不錯的「未來能源」,或許能給我們留條後路。