終極綠色能源

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今年的夏天那麽熱,但有科學家說,這可能是今後十年中最涼快的夏天。氣候變化這樣的事,在地球的曆史上發生過好多會,結果地球還在,但生物發生了大滅絕。科學家根據模型推算,如果在今後的幾十年內,平均氣溫不控製在某一個值,那地球氣候就會發生不可逆的變化,人類將在100年內滅絕。人類沒了,地球還在又有什麽意義?

控製氣候最重要的一環,就是轉向綠色能源。這方麵,大家都知道一點,風能太陽能什麽的,但時至今日,雖然轉型有了進步,但那些綠色能源的量還是太小了,無法取代化石能源,而缺點也太多,不可控是最大的毛病。比較可控的綠色能源是水力發電和核能,中國在長江上密密麻麻的地造了好多電站,還有在造的,全國各種水電站都要上萬了。但今年四川大旱,水電站就不工作了,最後還是指望汙染大,排碳高的煤電。核電也有毛病,一旦出事,那可是大事,如切爾諾貝利,福島。如果還是依賴煤電,人類死定了!有沒有既可控,量又巨大足夠取代化石燃料,又綠色,沒有汙染不排碳的能源呢?

是核聚變嗎?太陽上的核聚變是兩個氫原子聚變成氦, H+H=He, 不產生放射性粒子。但地球上即使在氫彈中,也是使用 2H+3H=He+N這個方式,地球上沒太陽上那種程度的高溫高壓。這裏就會產生一個中子,中子不帶電,但有放射性損傷,中子彈(一種戰術核武器)就是靠中子殺人的。可控核聚變現在還未實現,即使實現了,也是個核輻射很高的方式,其安全設施要求不會低於核裂變電站。而且,2H確實來源很廣,但3H卻是個稀缺資源,天然的幾乎沒有,需要製造出來。目前全球一年產量隻有幾公斤,來自於一個將要關閉的加拿大核電站(其采取了一種特別的方式進行核反應)。因此,核聚變不是一個理想的綠色能源!

正解是地熱。說到地熱,大家都會想起溫泉,但好像有溫泉地方並不多。其實,地球的中心就是個大火球。地心的熱來自於什麽,現在還有爭議,有說來自於核聚變,地心的高溫高壓不亞於太陽,可以裂解水產生氫,氫聚變成氦並放出巨大能量;另有說來自放射性物質的裂變。所以地球自身就是個大核電站,地熱是取之不盡用之不竭的。任何地方,隻要掘得足夠深(10000米左右), 都能碰到地熱層。有的地方剛好碰到水層,就會出現溫泉或熱氣,像黃石公園那樣。但多數地方,是被稱為幹熱岩的岩石層。

幹熱岩(HDR),是一般溫度大於200℃,埋深數千米,內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫岩體。這種岩體的成分可以變化很大, 絕大部分為中生代以來的中酸性侵入岩, 但也可以是中新生代的變質岩, 甚至是厚度巨大的塊狀沉積岩。幹熱岩的分布非常廣,可以說無處不在!


全球陸區幹熱岩資源量相當於4950萬億噸標準煤,是全球所有石油、天然氣和煤炭蘊藏能量的近30倍 ,中國大陸3~10千米深處幹熱岩資源量約合856萬億噸標準煤,占世界資源量的1/6左右。這隻是目前估計量,由於地熱由地心核反應不斷產生,那些物質的壽命應該與地球同在,當以億萬年計算,可以認為地熱資源是取之不盡的 。
 

目前的幹熱岩開發技術是這樣的:開發幹熱岩資源的原理是從地表往幹熱岩中打一眼井(注入井),封閉井孔後向井中高壓注入溫度較低的水, 產生了非常高的壓力。在岩體致密無裂隙的情況下, 高壓水會使岩體大致垂直最小地應力的方向產生許多裂縫。若岩體中本來就有少量天然節理, 這些高壓水使之擴充成更大的裂縫。當然, 這些裂縫的方向要受地應力係統的影響。隨著低溫水的不斷注入, 裂縫不斷增加、擴大, 並相互連通, 最終形成一個大致呈麵狀的人工幹熱岩熱儲構造。在距注入井合理的位置處鑽幾口井並貫通人工熱儲構造, 這些井用來回收高溫水、汽, 稱之為生產井。注入的水沿著裂隙運動並與周邊的岩石發生熱交換, 產生了溫度高達200-300℃的高溫高壓水或水汽混合物。從貫通人工熱儲構造的生產井中提取高溫蒸汽, 用於地熱發電和綜合利用。利用之後的溫水又通過注入井回灌到幹熱岩中, 從而達到循環利用的目的。

中國創新的重力熱管技術,是把一根熱管深入到幹熱岩層段,熱管的管壁是一種導熱速度極快的材料,熱管內裝有沸點很低的氨水,在接觸到熾熱的井壁之後,氨水很快變成氨蒸氣,在重力的作用下返回地麵。重力熱管技術,隻需要打一口井,不用壓裂岩石,也不用消耗其他能源,是一種更安全、更節能的技術。

地熱除了能發電,也可直接應用,地熱能的直接利用發展十分迅速,已廣泛地應用於工業加工、民用采暖和空調、洗浴、醫療、農業溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養殖、畜禽飼養等各個方麵,收到了良好的經濟技術效益,節約了能源。地熱能的直接利用,技術要求較低,所需設備也較為簡易。在直接利用地熱的係統中,盡管有時因地熱流中的鹽和泥沙的含量很低而可以對地熱加以直接利用,但通常都是用泵將地熱流抽上來,通過熱交換器變成熱氣和熱液後再使用。這些係統都是最簡單的,使用的是常規的現成部件。


在各種可再生能源的應用中,地熱能顯得較為低調,人們更多地關注來自太空的太陽能量,卻忽略了地球本身賦予人類的豐富資源,地熱能將有可能成為未來能源的重要組成部分。相對於太陽能和風能的不穩定性,地熱能是較為可靠的可再生能源,這讓人們相信地熱能可以作為煤炭、天然氣和核能的最佳替代能源。另外,地熱能確實是較為理想的清潔能源,能源蘊藏豐富並且在使用過程中不會產生溫室氣體,對地球環境不產生危害。

地熱,特別是幹熱岩的應用,還有很多的技術問題需要克服,但其前途是光明的,是已有技術中最有希望成為終極綠色能源的一種!
 

 

回首前塵 發表評論於
老朱暫時不為大俄洗地了,改談環保了,似乎也覺得風向不對了:)。利用地熱是一件好事,但是把地心的高溫誇張到與太陽一樣,非常不嚴謹。何況地熱到底有多大潛力,還無定論,何況打鑽深井有破壞生態環境的可能。相比之下,利用太陽能的潛力非常大,既能產生能源,又能幫助降低地表溫度,對環境幾乎無影響。
山鄉不仕老了 發表評論於
這樣打井,引起地表岩層機構改變,不擔心地震嗎?
大漢唐 發表評論於
朱頭山:“地心的高溫高壓不亞於太陽,”
朱先生此論述有誤或至少是不太嚴謹
新林院 發表評論於
朱頭山:“由於地熱由地心核反應不斷產生,那些物質的壽命應該與地球同在,當以億萬年計算,可以認為地熱資源是取之不盡的 。”
朱先生此結論有誤。
地心核反應是由物質A變成物質B。作為核燃料的物質A總有燒完的一天。那時地球就會變冷。
所以,如果孤立地看地球,那些物質的壽命不會與地球同在,而是比地球壽命短。
朱頭山 發表評論於
碳並不完全是人類排放的, 最多的碳其實結存在久凍冰層下,當氣溫達到一個臨界值,久凍層凍結的速度持續慢於解凍的速度,大量以甲烷,CO2等形式的碳將釋放到大氣層,氣溫更熱,釋放更多,形成惡性循環。當平均氣溫高於一定程度,人類和很多動物將滅絕,待到下一代能適合環境的生物成長起來,又開始一個新紀元。地球已經重複了這樣的故事十次以上了!
朱頭山 發表評論於
回複 'FollowNature' 的評論 : 這已經是定論了,你可以很容易google一下,如果不改進環境,我們就是最後的幾代人,可能看不到孫子了
FollowNature 發表評論於
聳人聽聞,怎麽可以預測氣候就會發生不可逆的變化? 人類作為一種生物,智力超群,百年之內怎能滅絕? 保護環境是應該的,但胡說八道隻能引起副作用。
Firefox01 發表評論於
主題中性,推論可信。暫。
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