Fusion Tech 发现地热能应用

地壳上层 10 公里包含 丰富的地热储量，本质上是等待人类能量消耗 开始涉足 它是 源源不断的动力输出——它本身不产生温室气体。 然而，地热资源目前仅生产 百分之一的十分之三 世界电力。 这种有前途的能源长期以来一直受到钻探深度足以获取地表以下高温的巨大挑战的限制。

现在，麻省理工学院的一家子公司表示，它已经找到了一种创新技术的解决方案，可以大大降低钻探深度的成本和时间。 奎斯能源总部位于马萨诸塞州剑桥市的公司计划部署所谓的陀螺钻头，利用强大的微波来蒸发岩石。

“我们需要更深、更热的地方才能使地热能在冰岛等地以外的地方变得可行。” ——卡洛斯·阿拉克，Quaise Energy

A 回旋管 使用高功率线性光束 真空管 产生毫米长度的电磁波。 由苏联科学家于20世纪60年代发明，回旋子用于核聚变研究实验 加热和控制等离子体。 奎斯有 从投资者那里筹集了 9500 万美元包括日本三菱公司在内，开发技术使其能够快速有效地钻探 20 公里深处，比以往任何时候都更接近地心。

Quaise Energy 开发了一款便携式回旋管原型，他们计划在今年晚些时候进行现场测试。奎斯能源

Quaise 首席执行官表示：“超临界地热发电有潜力取代化石燃料，并最终为我们提供一条向无碳基本负荷能源转型的途径。” 卡洛斯·阿拉克石油天然气行业资深人士、前技术总监 发动机加速器，麻省理工学院将改变世界的技术商业化的平台。 “我们需要更深、更热的地方才能使地热能在冰岛等地以外的地方变得可行。”

最深的人造洞位于西伯利亚地表以下 12,262 米处， 近20年的钻探。 随着竖井越来越深，进度下降到每小时不到一米——随着竖井的推进，速度最终下降到零。 1992年工作被放弃。 这次尝试和类似的项目已经清楚地表明，传统钻探无法应对地壳深处的高温和高压。

微波遇上岩石

“但是能量束没有这些限制，”说 保罗·沃斯科夫，麻省理工学院高级研究工程师 等离子体科学与融合中心。 沃斯科夫花了数十年的时间研究强大的微波束，将它们引导到精确的位置，将氢燃料加热到 1 亿度以上，以引发聚变反应。

“如果我们能够熔化钢室并将其蒸发，我们就可以熔化岩石，这并没有太大的跳跃性。” ——保罗·沃斯科夫，麻省理工学院

“我已经意识到这些来源对材料具有相当大的破坏性，因为挑战之一是不熔化托卡马克的内室，”托卡马克是一种利用磁场限制等离子体的装置。 “因此，如果我们能够熔化钢室并将其蒸发，我们就可以熔化岩石，这并没有太大的跳跃性。”

2008 年，沃斯科夫开始深入研究这种方法是否可以成为机械钻孔的一种经济实惠的改进方法。 这项研究引发了沃斯科夫的动手实验，其中使用了 小型回旋管可炸穿玄武岩砖。

根据他的实验和其他研究，沃斯科夫计算出，通过大约 20 厘米波导瞄准的毫米波源可以以每小时 20 米的速度在岩石上炸出一个篮球大小的洞。 按照这个速度，连续钻探 25 天半就可以挖出世界上最深的洞。

“很明显，如果我们能让它发挥作用，我们就可以用现在成本的一小部分来钻出很深的孔，”沃斯托夫说。 尽管沃斯托夫被认为是 Quaise 的创始人，但他表示，与麻省理工学院不同，他在该公司没有财务股份。

一波可能性

Quaise 的设计需要一根波纹金属管作为波导，在钻孔完成后将其取出。 该系统将依靠注入的气体来淬火并带走灰烬。

“我们不再泵送流体和转动钻头，而是燃烧和蒸发岩石并提取气体，这比泵送泥浆容易得多。” ——卡洛斯·阿拉克，Quaise Energy

“我们需要大约一兆瓦的电力来为其提供动力，与典型钻机的能量相同，”阿拉克说。 “但我们将以非常不同的方式使用它。 我们不再泵送流体和转动钻头，而是燃烧和蒸发岩石并提取气体，这比泵送泥浆容易得多。”

使用波导将能量引导至目标岩石可以使能量源停留在表面。 这听起来可能有些夸张，但这个概念已经过测试 20世纪70年代的实验 贝尔实验室在其中建立了一个 14公里波导传输介质 在新泽西州北部。 研究人员发现它可以传输毫米波 衰减很小。

Quaise 打算首先瞄准需要保证流量、温度和压力的蒸汽的工业客户。 “我们的目标是匹配工业负载的规格，”阿拉克说。 “他们可以停用锅炉，我们将在现场为他们提供 500°C 的蒸汽。”

最终，该公司希望该技术能够实现新的地热发电厂，或者允许以前由化石燃料加热的涡轮机重新利用——每口井为电网提供估计 25-50 兆瓦的电力。

该公司计划于今年秋天开始现场演示，使用原型设备在位于美国的一个地点的硬岩上钻孔。 德克萨斯州马布尔福尔斯。 奎斯计划从那里开始在美国西部的高地热区建造一个全尺寸的示范钻机。

Quaise Energy 在一根玄武岩柱上钻了一个 254 厘米（100 英寸）深、直径 2.5 厘米的孔，使其深度是该团队在麻省理工学院进行的原始测试深度的 100 倍。奎斯能源

面对深处

尽管实验室数据已经证明了扩大该方法的可行性，但 Quaise 计划的技术障碍可能比其激进的钻探方法更深。

“如果他们真的能够使用高功率微波钻一个 10 公里长的孔，那将是一项重大的工程成就，”说 杰斐逊·泰斯特，他在康奈尔大学研究地下岩石储层的地热能提取。 “但挑战在于完成这些井，确保它们不会散架，特别是如果你要开始从地下移除流体并改变温度分布。

“钻孔已经足够具有挑战性了，”泰斯特说。 “但真正运行水库并安全地从地下获取能源可能是未来非常非常遥远的事情。”