（英国媒体12月2日报道）
我们脚下的能源几乎取之不尽用之不竭，但世界上只有少数幸运的地方拥有接近地表的地热；其他人则需要更深入地挖掘。真正的挑战是达到足够的深度。
世界上有些地方的能量确实是从地表喷涌而出。在冰岛这个拥有200多座火山和数十个天然温泉的国家，利用这些能源并不困难。全国各地分布着由地壳下燃烧的地热火加热的热气腾腾的水池。间歇泉将沸水和蒸汽喷射到空气中。
冰岛目前85%的房屋使用地热能供暖，全国25%的电力来自利用地下热能发电的发电站。这是一个诱人的前景，几乎有无限的能量等待开发。而且，地热能是全世界几乎取之不尽、用之不竭的绿色能源。与风能或太阳能不同，地热能是“全天候”的，因为热量不断地从地球的熔融核心和地壳中自然产生的放射性元素的衰变中释放出来。事实上，地球在冷却时释放出如此多的能量，每年损失到太空的热量足以满足世界总能源需求的许多倍。
真正的挑战在于如何利用这种能量。
目前，世界上只有32个国家拥有地热发电厂。全球地热发电厂不到 700 座，到 2023 年，总发电量约为 97 太瓦时 (TWh)。仅不到美国太阳能发电量的一半，也远低于对地热能潜在作用的估计能源可以在全球能源结构中发挥作用。据估计，到本世纪中叶，地热能每年可提供约800-1,400太瓦时的电力，每年可提供3,300-3,800太瓦时的热能。
美国国家可再生能源实验室（NREL）地热项目主任阿曼达·科尔克（ ）在一份关于2023年释放的地热能潜力的报告中指出：“地球本身有潜力应对向清洁能源转型过程中的各种挑战。能源未来的潜力。”
但并不是每个国家都像冰岛一样幸运。冰岛近地表有热水资源，温度约为120-240摄氏度。在该国其他地区，打井深度达2.5公里，以获得温度高达350摄氏度的热水。例如，冰岛在雷克雅内斯的主要地热开发地点钻探了4.6公里深的实验井，以获取温度高达600摄氏度的过热流体。浅井已被用于日常热能提取，利用温度约为 320 摄氏度的热水每年发电 720 吉瓦时 (GWh)。
地热能尚未得到更广泛利用的原因之一是开采地热能需要高昂的前期投资。但到目前为止，我们还无法实际接触到这些能源。
为了让世界其他地方享受到如此丰富的地热清洁能源，我们需要钻探到更深的深度，以达到发电或为大型社区供暖所需的温度。
在冰岛等靠近地表的地方，利用地球散发的热量相对容易。
在地球的大部分地区，地壳内的温度每下降一公里，平均升高25-30摄氏度。例如，根据英国地质调查局的数据，英国地下约5公里处的温度约为140摄氏度。
不过，只要钻得足够深，就有可能达到水温超过374摄氏度、压力超过220百帕的地步。在这些条件下，水进入称为超临界的高能状态，既不是液体也不是气体。水的温度越高、压力越大，它含有的能量就越多。
事实上，根据 NREL 的说法，浅热地热井产生的能量是当前商业地热井的 5 到 10 倍。
然而，一个主要障碍是传统的旋转钻机，即使使用镶有金刚石的钻头，也无法钻至达到这些温度所需的深度。地下深处地质条件复杂，温度极高，压力巨大，钻井部件经常发生故障，防止钻孔堵塞是一项持续的任务。
例如，2009年，一个参与冰岛深钻项目的团队意外地在克拉夫拉火山下方约2公里处遇到了超临界条件。该井排出的过热蒸汽酸性极强，难以利用。所涉及的高温和高压也使其难以控制，必须间歇性放空大约两年，直到阀门故障迫使井口被堵塞。
深钻也可能是一项昂贵且耗时的工作。
位于冰岛雷克雅内斯的冰岛深钻项目已钻探深达4.6公里的油井。
然而，人类钻探过的最深洞穴可以追溯到冷战时期，当时超级大国开始竞相钻探地壳深处。苏联在北极圈高处的科拉半岛钻探了科拉超级深井，穿透了12.2公里的岩石。他们花了近20年才到达这个深度，这是人类钻进地球的最深点。
NREL 估计，钻一口 1 公里深的井将花费约 200 万美元，而使用现有技术钻探四倍深度的井可能需要 600 万至 1000 万美元。
然而，与传统地热能相比，深层地热能可以节省大量成本，因为它能够在地壳深处获得更高的温度和压力。一些研究表明，深层地热能可以以与其他形式的供暖（例如使用天然气）相似的成本为社区供暖，但温室气体排放量更少。
考虑到这一点，一些开创性的研究人员和公司正在转向新的钻机和钻探技术来钻探有史以来最深的钻孔之一，希望将地热能带到从未想过的地方。
例如，麻省理工学院 (MIT) 的子公司旨在钻探 20 公里深的钻孔，以达到 500 摄氏度或更高的温度。为此，他们使用了一种基于聚变能领域多年研究的工具。该公司联合创始人马特·胡德 (Matt Hood) 表示，当其他人用铲子挖掘时，他们首次将微波发射到地下。
他和他的同事正在试验毫米波定向能量束，这种能量束甚至可以蒸发最坚硬的岩石。它将一束高能辐射（类似于微波，但频率更高）聚焦在一块岩石上，将其加热到 3,000 摄氏度，使其熔化和蒸发。通过引导能量束穿过岩石，可以在没有传统钻孔技术相关的碎片和摩擦的情况下形成钻孔。
“毫米波钻探是一个很大程度上与深度无关的过程，”胡德说。 “毫米波能量也可以在肮脏、多尘的环境中传输。”
该技术源于麻省理工学院等离子体科学与聚变中心工程师保罗·沃斯科夫（Paul ）进行的核聚变等离子体实验。自 20 世纪 70 年代以来，人们一直在研究毫米波定向能作为聚变反应堆中加热等离子体的一种方法，但几年前沃斯科夫发现了该技术的另一种用途。他开始使用一种名为回旋管的装置产生的毫米波束来熔化岩石。
但到目前为止，该技术仅在实验室进行了测试，在相对较小的岩石样本中钻出浅孔，但该公司声称它可以以每小时约 3.5 米的速度钻穿岩石。虽然这比传统的钻孔技术慢，但它具有额外的好处，因为“钻头”不会物理研磨岩石，因此不会磨损或需要更换。目前毫米波技术实验室测试已进入最后阶段，预计将于 2025 年初开始现场试验。然而，将毫米波钻井技术从实验室转移到大规模钻井作业仍然是一个挑战。
毫米波定向能可以处理不同类型的岩石，但尚未在现场得到证实。
“它们从未在深层高压地下环境中使用过，”沃斯科夫说。 “由于钻探中应用了强烈的能量-物质相互作用，因此需要新的学习曲线。”
与此同时，总部位于斯洛伐克的 GA 正在探索另一种钻入地壳的高能钻探技术。它使用脉冲等离子钻孔，这是一种基于非常短的高能放电的钻孔技术，可以破碎岩石而不熔化岩石。这样可以避免产生任何粘性熔岩，这种熔岩难以清除并且会阻止钻头进一步穿透。 GA 首席执行官兼董事长伊戈尔·科西斯 (Igor Kosis) 解释说：“由于这一过程非常迅速，短暂的冲击会使岩石破裂，因此没有时间熔化形成，从而大大减少了提升和更换钻头的需要。”他补充道：“我们当前开发项目的目标是五到八公里，其次是十公里及以上。这些深度将使我们几乎普遍获得地热能。”
由地热能和地下流体 (GEG) 小组领导的欧洲财团正在探索另一种途径，即脉冲等离子钻机，这种钻机使用非常短的能量脉冲，利用温度高达 6,000 摄氏度的电离气体来分解岩石。该联盟的合作伙伴包括来自德国和瑞士的机构。
GA还与牛津大学工程科学副教授 合作，利用先进的数学理论研究如何通过等离子体钻探技术提取地球深部能量时控制超临界流体的状态。 “我们为大型钻具确定最佳燃烧系统的工作为通过等离子钻探技术控制超高压燃烧开辟了新的视野，” 说。
其他人正在寻找钻探地球以外的方法。地热钻探公司正在使用为金星热表面行星探索任务开发的技术，金星热表面的温度高达 475 摄氏度。位于阿肯色州费耶特维尔的电子制造商 Ozark Corp. 一直在改造能够承受极端温度的电路，以用于地球深处的地热钻探设备。
就其本身而言，美国国家可再生能源实验室（NREL）已转向人工智能来分析复杂的地下环境，试图找到钻探超临界水的最佳地点，同时帮助在钻机造成重大问题之前预测和检测它们。过错。
一些公司已经在地球深处取得了进展。地热公司Eavor表示，其于2024年在德国巴伐利亚州格赖茨莱德的一个地点钻了两口直井，深度为5公里。 Eavor 一直在使用欧洲最大的两座陆地钻机，努力在格赖茨拉德建造一座商业规模的工厂，旨在通过其称为 Eavor Loop 的闭环设计使地下水循环，将地热热带带到地表。趴在地上。该系统就像一个巨大的散热器，循环中的冷水在地下被加热，然后返回地表，用于发电并通过区域供热系统输送到附近的家庭。 Eavor 首席执行官兼总裁 John 表示，该公司预计将于 2025 年上半年开始在该地点发电。
实验室已经证明了毫米波定向能量钻穿硬岩的能力。
地质学家兼 Eavor 联合创始人 Jenny 表示：“我们的技术未来有可能钻探到 11 公里的深度。我相信，在未来三到五年内，我们将在开发超高温岩石方面取得有意义的进展。 ”
他们的闭环方法还有助于避免从深层地热井提取过热水时可能发生的一些污染问题（这是冰岛深钻项目于 2009 年发现的）。它还可以帮助减少有害气体，例如硫化氢，这些气体会打开地热井。地热系统可以排放。
瓦尼还指出，深层地热能不需要大量的地表空间，这意味着未来可以将其放置在城市地区。
但还有其他问题需要解决。目前尚不清楚维护深层地热井并防止其堵塞有多容易。
随着各国寻求关闭传统的碳排放能源，开发深层地热能可以为老化的化石燃料发电站带来新的活力。将老旧燃煤电站改建为地热电站，可以为蒸汽发电机提供第二次生命，同时利用现有输电线路，有助于加快地热电站建设。该公司瞄准了纽约州北部一座废弃的燃煤发电站，希望在本世纪末之前复兴该发电站，利用地下深处的热量发电。
这种转变有一定的诗意，因为曾经使用从地下挖出的肮脏燃料运行的发电站在清洁能源革命中找到了新的生命，其能源来自地下更深处。
问题是，他们能钻得足够深吗？
