地热能是蕴藏在地球内部的热能，从理论上讲，地热能在世界各地都可以使用。据相关估计，地球热量的0.1%就可以满足人类两百万年的总能源需求。地热资源的勘探开发对于应对气候变化、调整能源结构、助力尽早实现“双碳”目标具有重要意义。

地热能按照埋藏深度大致可以分为浅层水热型、中深层水热型、干热型及深部超临界型。随着地热资源勘探进入深水区，推进超临界地热资源的探测已成为各国竞相发展的能源战略。

利用地球深处的热量来制造蒸汽并产生清洁电力。然而，如果能够钻得更深，就可以获得更丰富和稳定的超临界地热。但是，目前的钻孔方法还没有这样的能力。

一些私营公司正在通过取代传统地热钻探的创新来取得进展。最近，来自麻省理工学院的地热创业公司Quaise Energy表示，它已经找到了一种方法来获取超临界地热：通过使用高频束向下钻探来融化和蒸发岩石。

如何获取超临界地热？

超临界地热系统是一种非常高温的地热系统，位于地壳脆性-塑性过渡带附近或以下的深度。其中的储层流体处于超临界状态，即对于纯水、温度和压力分别超过374°C和221 bar。

超临界地热是深层地热的最极端形式，与核聚变一样难以捉摸。它不仅开采难度大，而且开采风险很高，以前超临界地热的开采甚至引发了地震。

从前苏联、美国和德国的曾经的开采来看，传统的钻头很难在高温高压的深层地壳中切割致密的岩石，并且岩石的高热量和大密度使钻头需要频繁更换，从而延长了工作时间，并增加了成本。

麻省理工学院等离子体科学与聚变中心的研究工程师Paul Woskov意识到，使用一种旨在产生聚变反应的激光，是有可能在岩石中爆炸的。

Quaise公司开发了一种混合系统来获取超临界地热。该系统将传统的旋挖钻与陀螺仪驱动的毫米波技术相结合，同时泵入氩气作为吹扫气体来清洁和冷却钻孔，将岩石颗粒发射回地表。

图说：Quaise的混合超深钻机将传统的旋转钻井与陀螺仪驱动的毫米波定向能量钻井相结合，用电磁透明的氩气Quaise进行压力吹扫 来源：Quaise

研究人员表示，他们的陀螺仪可以产生毫米波的电磁束，其强大程度足以将等离子体加热到1亿度以上，很容易烧穿花岗岩和其他在地下深处的致密岩石。在该团队的实验室测试中，高功率，高频波可以融化和蒸发岩石。

除了激光穿透致密岩石的功率外，它还可以在长距离内保持其强度，这意味着从理论上讲，在地表产生的光束可以在地下保持功率，也无需更换钻头，使挖掘过程更快。另一个优点是激光玻璃化钻孔，这意味着它们的热量会将爆炸的岩石包裹在玻璃中，使孔洞不太可能坍塌。

超临界地热的未来

Quaise计划使用该技术达到20公里的深度，并获得500°C的热量。该公司正在进行成功的测试演习，每天突破新的深度和岩石类型，以期尽快进入现场作业。

尽管如此，研究人员承认，在证明该技术能够实现其承诺方面仍然存在重大的工程挑战。

例如，目前尚不清楚激光器是否会像在地表一样有效，那里的大气压力比地表要大得多；毫米波越深，系统为回旋管供电所需的能量就越大，这意味着要从电网或运行柴油发电机中提取额外的能量。

此外，从钻孔中去除汽化岩石的容易程度或难度，注入的水将如何与这种深度的热岩石反应，以及由此产生的“超临界流体”是否会在到达地表后保持其产生有效能量的能力，还有待观察。

“我们正在与该领域最大的钻井公司合作，到2024年将使用现场部署系统，”Quaise首席执行官Carlos Araque说。该公司计划在2026年完成第一个额定热能为100兆瓦的超级热增强型地热系统。

Quaise计划利用燃煤电厂等现有基础设施，在其随着排放限制越来越严格而被停用之后，简单地用足够的超临界地热能取代化石燃料热源，以保持涡轮机继续运作。这些基础设施已经具有将蒸汽转化为电力的巨大能力，以及成熟的商业运营商和经验丰富的劳动力，并且可以方便地预先连接到电网。这便是超临界地热的商业计划。

Quaise预计将在2028年为其第一座化石燃料工厂提供动力，然后继续在全球范围内完善和重复该过程，因为通过这种钻井技术，热量可以在地球上的任何地方被使用。全世界有超过8500座燃煤发电厂，总容量超过2000千兆瓦，到2050年，它们都必须找到其他事情来做，所以机会显然是巨大的。

Araque补充说，规模扩大是该项目的主要障碍：“我们知道我们技术背后的科学是可行的。目前，我们能在十年内解决围绕包装所有组件进行现场操作的工程挑战，但需要努力、关注、技术和数亿美元的资金。”目前，Quaise已经为其超深钻井技术筹集了6300万美元的资金。

图说：沃斯科夫检查他在试验一种新的钻井技术时使用的玄武岩和石英岩。

（来源于：环球零碳）