自人类学会利用化石能源开始,围绕这些能源的纷争就从来没有停止过,因为所有人都知道这是一个不可持续的买卖,只会越用越少。
众所周知,我们现在使用的化石燃料是亿万年前原始植物存储太阳能,这些燃料的储存效率极低,周期极长。
但即便如此,随着开采技术的发展,这些仅有的化石燃料也能满足人类很长时间的能源需求。
(资料图)
事实上,我们现在使用了大部分能量都是来自太阳能,或者说都只能靠天吃饭。
水电呢,它其实是将水的势能转化成电能,但是这个势能最初也是太阳能赋予的,水吸收了太阳能变成水蒸气,然后转移到高处。
当然,也有两种能源技术完全不受限于太阳,那就是核能和地热能。
我们现在利用的核能技术是裂变,其能量来源铀等高质量原子分解成更小原子并释放部分能量。
但重点不是这些核能的最初能量来自于哪里,而是我们需要像开发化石能源一样,去开采包含铀等高质量原子的矿石,这意味着它也不是特别可持续。
剩下的只有地热能,这绝对是地球 " 最宝贵的财富 ",它就在地球深处,而且它所包含的能量之大可以用取之不尽来形容。
然而,如你所见,很少有人去开采这块巨大的蛋糕,这是为何呢?
从随处可见的火山中就不难发现,地球内部是非常炎热的。现有的采矿和钻探经验告诉我们每深入地表 32 米地温就会升高 1 ℃。
现在科学家普遍认为,到达地球的核心的话,其温度将达到 5000 ℃到 7000 ℃之间,这比太阳表面的温度(6000 ℃左右)还要高许多。
关于地球内部热量的来源存在许多争议,但是在大部分模型中都有主要的两个来源——那就是引力和放射性元素的衰变。
引力部分与行星的形成有关,早期太阳系中的物质会相互吸引,所以它们逐渐凝聚成更大的星球。
当物质逐渐沉入地球核心,动能在相互摩擦中释放能量,这导致早期的地球热到完全融入的状态。
经过数千万年的冷却,地表逐渐失去温度。不过,从现在地温梯度中不难发现,地球的热量至今还在不停流失。
很明显,仅靠引力最初制造的热量是不够的。
在早期地球还是熔融状态的时候,较重的元素大多会下沉,而较轻的元素大多会浮到表面,所以地球内核积累了许多放射性元素,而这些元素不停地衰变,继续给地球内部加热。
同时,地球很大,体积越大的物体,实际上它保存热量的能力就越好,因为它的表面积相对于体积更小。
所以,现在像体积更小的火星、月球等星球的内部都已经没多少热量了,而地球依然充满活力。
地热能够让人类用多久?
如果地核的热量大部分来自放射性元素的话,那么地热能就是可再生的,至少在 50 亿年后太阳膨胀成红巨星把地球摧毁之前,地球内核依然不会冷却下来。
即便地球内核的温度不靠放射性元素的持续加温,那么要把 7000 ℃的铁和岩石(地核的主要成分)下降到 100 ℃,其所释放的能量 10% 被人类利用情况下,也足够人类使用 170 亿年了(这个是一个网站上的极客估算的数值),这比太阳系存在的时间都久远。
事实上,地热能的储量是难以估算的,不过有一些团队给出了地球表面的热流平均为 82 兆瓦 / 平方米左右,这相当于总功率大约为 4200 万兆瓦。
截止 2020 年底,中国电力的总装机功率是 22 亿千瓦,也就是说,地球热量流失功率相当于中国发电功率的 19 倍。
如果放到世界的话,估计仅地球热量自然流失的部分都足以全人类使用了,当然全球的发电功率很可能并没有中国的 19 倍那么多。
另外,我在一个关于地热能的网站上还看到,仅地核现有热量的 0.1% 都可以满足人类 200 万年的总能源需求。
总的来看,人类要是能够利用地热能的话,确实将不会再为能源发愁,更不会因能源而引发纷争。
但是,这么好的能源为什么到现在都很少有人去开发呢?
开发地热能会怎么样?
其实地热能的利用一直都存在,甚至在原始社会的时候就已经在利用了,最典型的就是温泉,自古人们就喜欢围着温泉泡澡和烹饪。
现在,关于地热能的利用主要体现在两方面,一个是供暖,目前大约有 70 多个国家这样做,另一个则是发电,目前只有 26 个国家有这个技术。
当然,咱们中国也是其中一个,只是咱们国家在地热能利用方面还比较落后,所以我们可能对此会比较陌生。
之所以,很少有国家愿意去开发这个取之不尽、用之不竭的能源,原因当然就是它并没有想象得那么容易。
如果我们是挖煤的话,可能在 55 到 90 米的深处就能很好地开采了;
如果是石油的话,可能在 900 米左右就可以有不错的收获了,即便是更深的油田也只要把油给挤出来就好了。
但是地热能不同,对于绝大部分地区来说,2000 米的深度可能都还没有入门,而且它还需要在很深的地方制造裂缝。
就像我们前面提到的,地球的地温梯度是差不多每挖 32 米才会升温 1 ℃,要达到 100 ℃的高温话,那至少得挖到 3200 米深才行。
实际上,要把水烧开并传送到地面,100 ℃的高温还远不够,可能 200 ℃都还不够,需要继续挖得更深才行。
不过好消息是,在一些地方它不用太深就能得到不错的温度,比如那些火山口附近——很多地热能发电站都距离火山口不远,这就是为什么菲律宾、冰岛等国家地热能占比如此之高。
这是因为地热能开发至少需要挖两口井——一口井进水、一口井出水,需要用水力压裂方法来打通两口井,这个过程以及之后注水的过程都很容易引发地震。
另外,虽然地热能开发只是简单地烧开水,但事实上它也并不是完全清洁的,这是因为开采钻井也会导致地球内部的碳泄漏到大气层中。
总的来说,地热能的开发技术要求高,成本高,引发自然灾害的风险也大,同时还不是完全清洁的。
所以,就现在能够轻松获取的能源依然还比较多的情况下,地热能对人们的吸引力明显不会太高。
当然,它是一个不错的 " 未来能源 ",可能是我们的后路。
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