2022年02月20日 10:40
【科學快訊】
來源：科普中國
本文專家：郭光星，能源領域工程師
2020年9月22日，我國在第75屆聯合國大會上正式提出2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標。
雙碳政策的實行使得傳統化石能源備受沖擊，而太陽能、風能等清潔可再生能源則又迎來了一波發展機遇。
近日，一些媒體稱，山東發現新能源「巨大寶藏」，儲量大約相當於180億噸煤炭，可供中國使用3800年。
其實，早在2016年和2019年，就有此報道。
然而，是否真的可供使用3800年還有待探討。此外，雖然幹熱岩儲量大、無汙染，但想要挖掘並利用它並非是件易事，中國現在只是處在勘探和基礎研究階段。
幹熱岩到底是什麼呢？
橫空出世的幹熱岩？
幹熱岩，顧名思義，它是一種幹燥、高溫的岩石，大部分為中酸性侵入岩，一般溫度大於180℃，埋藏在數千米深的地下，其內部沒有或僅有少量致密流體。
與太陽能、風能等常規的新能源不同，幹熱岩來源於地球內部（地熱能），因此不受氣候影響，發電也更為穩定。
由於幹熱岩的溫度很高，發電過後的尾水仍能達到70~80℃，因此還可以用於供暖，它似乎是未來最具潛力的新興能源。
據估算，全球幹熱岩的資源量是所有煤、石油等化石能源的近30倍，根據地熱學規律，距離地表越深，溫度越高，因此，只要能夠開采得足夠深，幹熱岩的能量是不可限量的。
但另一方面，地熱能又是極其危險的，一旦失控將會引發火山爆發或地震。
盡管我們已經可以通過技術手段「馴服」一部分地熱能，例如，溫泉就是生活中最常見的地熱能利用形式，整個過程是非常環保，並且可以長時間源源不斷地獲取能量，但幹熱岩的利用和溫泉又有很大的區別。
幹熱岩如何開發？
距地表3千米以下的地殼，主要由火成岩和變質岩組成，特點是有足夠的溫度，但缺乏孔隙，這些岩體並不是真的「幹」，只是流體含量（含水量）不夠。
根據成因和產出條件的不同，地熱能可大致分為水熱型和幹熱型兩類。溫泉就屬於水熱型地熱能，它通過對水熱系統中流體的開采即可獲取地熱能。
而幹熱岩結構緊密，內部裂隙較小，不含或僅含少量流體，屬於幹熱型地熱能，實際上，絕大多數的地熱能也都是幹熱型，而通過人工壓裂形成增強型地熱系統，才能開采利用這部分地熱能。
幹熱岩的開發原理並不複雜，簡單地說，就是給地球裝上一個「熱水龍頭」。
首先，在儲存幹熱岩區域的地面上打一口豎井，當它到達幹熱岩層後，封閉井孔並向井中注水，使井中產生高壓。由於岩體致密，高壓水會使岩體產生裂縫，而隨著低溫水的不斷注入，裂縫便會不斷增加、擴張，並相互連通，最後形成一個面狀的儲熱空間。而這些注入的水沿著裂隙運動，它們與周圍的熱岩石發生熱交換，變為了高達200-300℃的高溫高壓的水汽混合物。
之後，在這個儲熱空間上繼續打井，將高溫水汽傳輸到地面，用於地熱發電和熱能的綜合利用，利用之後的溫水又可以注回井中，回灌到幹熱岩中進行循環利用。
這個過程就是在利用地熱來「燒開水」，將涼水變為熱水，原理上並不複雜，但是現有的勘探技術無法鑽取到地球的深層，只能對埋藏較淺的幹熱岩進行開采。
當然，在進行開采之前還需要做好充足的准備，了解整個資源的分布以及確定岩石縫隙的走向，有利於實現較高的能量轉化率和較低的成本。
幹熱岩開發有哪些嘗試及挑戰？
不知不覺，幹熱岩的研究曆史也即將跨過半個世紀，但大多只局限在歐美、日本、澳大利亞等發達國家，它們建立了多處開發利用試驗研究基地。而我國在高溫岩體地熱的開發研究起步較晚，目前仍處於探索實踐階段。
2012年，我國啟動了863計劃，正式開展幹熱岩的熱能開發與利用項目。
經過資源勘探和技術可行性分析，位於青海的共和盆地是幹熱岩開采條件最優質的地方，地下4千米的溫度能達到200℃，是一塊絕佳的幹熱岩基地。我國也在這裏打下了第一口幹熱岩井，探明了幹熱岩資源。
隨後，又在海南福山等地進行打井。然而，受限於高溫鑽完井等核心技術，我國所鑽幹熱岩井均屬於勘探井，並沒有開發井。
雖然幹熱岩儲量大、無汙染，但由於深部鑽探技術的不成熟、壓裂的高昂成本，它的開采難度極大，放眼全球，真正成功運行的幹熱岩項目屈指可數。
幹熱岩利用還可能有哪些問題？
盡管幹熱岩開發仍然處在初級階段，距離大規模利用還有很長的路要走，但另一方面，我們需要提前考慮到它會帶來哪些危害。
其中，因為壓裂岩體時需要施加巨大的力量，改變了天然的應力場，再加上人工活動會讓裂隙活化，因此幹熱岩的開發可能會誘發地震。此外，還有理論認為，幹熱岩開采可能會提前透支地球的保溫機制，加速地球的冷卻，也許這只是杞人憂天。
「我們的征途是星辰大海」，面對廣袤的太空和深邃的海洋，我們充滿了求知進取的動力和勇氣，但不得不承認的是，我們對腳下這片土地卻知之甚少，也許在地殼更深處埋藏著更多的秘密。
