自人類學(xué)會(huì)利用化石能源開始,圍繞這些能源的紛爭就從來沒有停止過,因?yàn)樗腥硕贾肋@是一個(gè)不可持續(xù)的買賣,只會(huì)越用越少。
眾所周知,我們現(xiàn)在使用的化石燃料是億萬年前原始植物存儲(chǔ)太陽能,這些燃料的儲(chǔ)存效率極低,周期極長,但即便如此,隨著開采技術(shù)的發(fā)展,這些僅有的化石燃料也能滿足人類很長時(shí)間的能源需求。
事實(shí)上,我們現(xiàn)在使用了大部分能量都是來自太陽能,或者說都只能靠天吃飯。
比如風(fēng)能,它的本質(zhì)是地球大氣層接收太陽能不均勻——受熱不均導(dǎo)致大氣膨脹并產(chǎn)生了風(fēng);
水電呢,它其實(shí)是將水的勢能轉(zhuǎn)化成電能,但是這個(gè)勢能最初也是太陽能賦予的,水吸收了太陽能變成水蒸氣,然后轉(zhuǎn)移到高處。
當(dāng)然,也有兩種能源技術(shù)完全不受限于太陽,那就是核能和地?zé)崮?/strong>。
我們現(xiàn)在利用的核能技術(shù)是裂變,其能量來源鈾等高質(zhì)量原子分解成更小原子并釋放部分能量。
如果你要問這些重核的能量來自哪里,那么答案還是恒星,準(zhǔn)確地說是超新星爆發(fā)產(chǎn)生的極端能量讓較小的元素融合成了較重的元素。
但重點(diǎn)不是這些核能的最初能量來自于哪里,而是我們需要像開發(fā)化石能源一樣,去開采包含鈾等高質(zhì)量原子的礦石,這意味著它也不是特別可持續(xù)。
剩下的只有地?zé)崮,這絕對是地球 “最寶貴的財(cái)富”,它就在地球深處,而且它所包含的能量之大可以用取之不盡來形容。
然而,如你所見,很少有人去開采這塊巨大的蛋糕,這是為何呢?
地?zé)崮軄碜阅睦铮?/strong>
從隨處可見的火山中就不難發(fā)現(xiàn),地球內(nèi)部是非常炎熱的,F(xiàn)有的采礦和鉆探經(jīng)驗(yàn)告訴我們每深入地表32米地溫就會(huì)升高1℃。
現(xiàn)在科學(xué)家普遍認(rèn)為,到達(dá)地球的核心的話,其溫度將達(dá)到5000℃到7000℃之間,這比太陽表面的溫度(6000℃左右)還要高許多。
關(guān)于地球內(nèi)部熱量的來源存在許多爭議,但是在大部分模型中都有主要的兩個(gè)來源——那就是引力和放射性元素的衰變。
引力部分與行星的形成有關(guān),早期太陽系中的物質(zhì)會(huì)相互吸引,所以它們逐漸凝聚成更大的星球。
當(dāng)物質(zhì)逐漸沉入地球核心,動(dòng)能在相互摩擦中釋放能量,這導(dǎo)致早期的地球熱到完全融入的狀態(tài)。
經(jīng)過數(shù)千萬年的冷卻,地表逐漸失去溫度。不過,從現(xiàn)在地溫梯度中不難發(fā)現(xiàn),地球的熱量至今還在不停流失。
要知道地球都已經(jīng)形成46億年了,為什么地球內(nèi)部還是這么熱呢?
很明顯,僅靠引力最初制造的熱量是不夠的。
在早期地球還是熔融狀態(tài)的時(shí)候,較重的元素大多會(huì)下沉,而較輕的元素大多會(huì)浮到表面,所以地球內(nèi)核積累了許多放射性元素,而這些元素不停地衰變,繼續(xù)給地球內(nèi)部加熱。
同時(shí),地球很大,體積越大的物體,實(shí)際上它保存熱量的能力就越好,因?yàn)樗谋砻娣e相對于體積更小。
所以,現(xiàn)在像體積更小的火星、月球等星球的內(nèi)部都已經(jīng)沒多少熱量了,而地球依然充滿活力。
地?zé)崮軌蜃屓祟愑枚嗑茫?/strong>
如果地核的熱量大部分來自放射性元素的話,那么地?zé)崮芫褪强稍偕,至少?0億年后太陽膨脹成紅巨星把地球摧毀之前,地球內(nèi)核依然不會(huì)冷卻下來。
即便地球內(nèi)核的溫度不靠放射性元素的持續(xù)加溫,那么要把7000℃的鐵和巖石(地核的主要成分)下降到100℃,其所釋放的能量10%被人類利用情況下,也足夠人類使用170億年了(這個(gè)是一個(gè)網(wǎng)站上的極客估算的數(shù)值),這比太陽系存在的時(shí)間都久遠(yuǎn)。
事實(shí)上,地?zé)崮艿膬?chǔ)量是難以估算的,不過有一些團(tuán)隊(duì)給出了地球表面的熱流平均為82兆瓦/平方米左右,這相當(dāng)于總功率大約為4200萬兆瓦。
截止2020年底,中國電力的總裝機(jī)功率是22億千瓦,也就是說,地球熱量流失功率相當(dāng)于中國發(fā)電功率的19倍。
如果放到世界的話,估計(jì)僅地球熱量自然流失的部分都足以全人類使用了,當(dāng)然全球的發(fā)電功率很可能并沒有中國的19倍那么多。
另外,我在一個(gè)關(guān)于地?zé)崮艿木W(wǎng)站上還看到,僅地核現(xiàn)有熱量的0.1%都可以滿足人類200萬年的總能源需求。
總的來看,人類要是能夠利用地?zé)崮艿脑,確實(shí)將不會(huì)再為能源發(fā)愁,更不會(huì)因能源而引發(fā)紛爭。
但是,這么好的能源為什么到現(xiàn)在都很少有人去開發(fā)呢?
開發(fā)地?zé)崮軙?huì)怎么樣?
其實(shí)地?zé)崮艿睦靡恢倍即嬖,甚至在原始社?huì)的時(shí)候就已經(jīng)在利用了,最典型的就是溫泉,自古人們就喜歡圍著溫泉泡澡和烹飪。
現(xiàn)在,關(guān)于地?zé)崮艿睦弥饕w現(xiàn)在兩方面,一個(gè)是供暖,目前大約有70多個(gè)國家這樣做,另一個(gè)則是發(fā)電,目前只有26個(gè)國家有這個(gè)技術(shù)。
當(dāng)然,咱們中國也是其中一個(gè),只是咱們國家在地?zé)崮芾梅矫孢比較落后,所以我們可能對此會(huì)比較陌生。
其實(shí),除了菲律賓、冰島、薩爾瓦多之外,其它國家利用地?zé)崮艿谋壤挤浅P,即便是占全球地(zé)崮荛_發(fā)總量的29%的美國,他們地?zé)崮馨l(fā)電的裝機(jī)功率只相當(dāng)于其國家總裝機(jī)功率的0.3%。
之所以,很少有國家愿意去開發(fā)這個(gè)取之不盡、用之不竭的能源,原因當(dāng)然就是它并沒有想象得那么容易。
如果我們是挖煤的話,可能在55到90米的深處就能很好地開采了;如果是石油的話,可能在900米左右就可以有不錯(cuò)的收獲了,即便是更深的油田也只要把油給擠出來就好了。
但是地?zé)崮懿煌,對于絕大部分地區(qū)來說,2000米的深度可能都還沒有入門,而且它還需要在很深的地方制造裂縫。
我們要利用地?zé)崮艿脑,其?shí)技術(shù)上和利用其它大部分能源是差不多的——簡單地說就是燒開水。
就像我們前面提到的,地球的地溫梯度是差不多每挖32米才會(huì)升溫1℃,要達(dá)到100℃的高溫話,那至少得挖到3200米深才行。
實(shí)際上,要把水燒開并傳送到地面,100℃的高溫還遠(yuǎn)不夠,可能200℃都還不夠,需要繼續(xù)挖得更深才行。
雖然幾千上萬米對于地球半徑來說不算什么,但以人類現(xiàn)有技術(shù),要挖這么深已經(jīng)非常不容易了,或者說它的成本會(huì)很高。
不過好消息是,在一些地方它不用太深就能得到不錯(cuò)的溫度,比如那些火山口附近——很多地?zé)崮馨l(fā)電站都距離火山口不遠(yuǎn),這就是為什么菲律賓、冰島等國家地?zé)崮苷急热绱酥摺?/p>
除了成本高之外,地?zé)崮艿拈_采還是最危險(xiǎn)的,它很容易引發(fā)地震。這是因?yàn)榈責(zé)崮荛_發(fā)至少需要挖兩口井——一口井進(jìn)水、一口井出水,需要用水力壓裂方法來打通兩口井,這個(gè)過程以及之后注水的過程都很容易引發(fā)地震。
另外,雖然地?zé)崮荛_發(fā)只是簡單地?zé)_水,但事實(shí)上它也并不是完全清潔的,這是因?yàn)殚_采鉆井也會(huì)導(dǎo)致地球內(nèi)部的碳泄漏到大氣層中。
總的來說,地?zé)崮艿拈_發(fā)技術(shù)要求高,成本高,引發(fā)自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也大,同時(shí)還不是完全清潔的。
所以,就現(xiàn)在能夠輕松獲取的能源依然還比較多的情況下,地?zé)崮軐θ藗兊奈γ黠@不會(huì)太高。
當(dāng)然,它是一個(gè)不錯(cuò)的“未來能源”,可能是我們的后路。