【Wired 硬塞】想要無限綠電嗎?鑽一口世界最深的井試試

一組工程團隊在不引起大地震的狀況下向地表深處鑽了 2 英里,這可是利用地熱作為世界能源的好兆頭。
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Photo Credit:Descramble
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原文來自 Wired《Want Unlimited Clean Energy? Just Drill the World's Hottest Well》,作者 Daniel Oberhaus。台灣康泰納仕集團授權提供,由 INSIDE 翻譯編審。

在義大利托斯卡納區亞平寧山脈的深山裡埋藏著人類意想不到的寶藏,這裡有一座被稱為 Venelle-2 的地熱井,它那高聳的金屬支架就像地圖上 X 記號一樣,鮮明地標註自己的位置。這口地熱井深到地表以下兩英里,在那溫度、壓力非常之高,甚至都能讓岩石開始彎曲,岩層中富含礦物質的水在這裡會呈現「超臨界流體」狀態。當然,這個寶藏不是黃金,但如果 Venelle-2 可以成功使用超臨界流體讓地表的發電渦輪旋轉,那它將成為世界上能源密度最高的可再生能源之一。

但在技術上要鑽這麼深並不簡單,只要有一大塊岩石不小心因為地熱井空間鬆動脫落,就會有引發地震的風險;這種風險對 Venelle-2 來說得更為小心,畢竟它的目地就是要突破「The K horizon」,即地殼層附近的堅硬岩石,以及下層更堅硬岩石之間界限不那麼清晰的邊界。有人猜測當鑽頭鑽穿 The K horizon 進入下面的超臨界流體層時,就會有所新發現。

雖然現在這個謎體尚未完全解開,Venelle-2 鑽探進度也因井底溫度太高,讓設備不堪使用而停在 The K horizon 附近,但那邊已經是溫度超過華氏 1000 度、壓力比地表高 300 倍的世界,Venelle-2 本身也成了人類歷史目前為止溫度最高的鑽探孔,並證明人類在超臨界地熱的極端條件下進行鑽探是可能的。發表在《地球物理研究雜誌》上的論文表明,人類可以做到這一點,同時不會引起不受控制的地震活動。

來自日內瓦大學的論文作者之一 Riccardo Minetto 表示,Venelle-2 的研究能緩解大眾對所有地熱鑽探,會連帶引起地震的擔憂。畢竟大部份時候民眾只有在出問題的時候,才知道地熱井是什麼。

Venelle-2 是貫穿義大利中部 Larderello-Travale 地熱田地景的眾多鑽孔之一,這裡也是最早利用地熱發電的地方,1904 年第一場地熱發電實驗就成功讓五個燈泡發光。而到了今天,Larderello-Travale 地熱田約佔了世界約 10% 的地熱發電量。2015 年由許多歐洲能源公司、研究機構組成的團隊啟動了 Descramble 計畫,試圖向地底挖得更深到達超臨界流體之處,來探索從地熱田中提取更多能源的可能性。若能能從地熱井中提取能量夠密集的流體,那就會是 Larderello-Travale 所創下另一個能源歷史的里程碑。

不過 Descramble 並不是第一個試圖挖掘超臨界流體的計畫。美國、日本、義大利和墨西哥的實驗都正仔細研究了可能產生超臨界流體的條件,發現要讓超臨界流體產生,溫度得高於華氏 700 度、壓力要比地表高 220 倍以上。

但過去只有一個研究計畫成功實際上到達了超臨界流體的深度。2017 年由冰島政府和國營能源公司主導的實驗表示,他們已經挖到地表以下 3 英里,成功在地底讓水呈現超臨界流體。經過三年,他們仍在努力研究找出從地熱井中有效率發電的方法。

Descramble 團隊大概在冰島成功進入超臨界流體環境時,就也開始對 Venelle-2 進行鑽探。他們的硬化鑽井技術成功到達比任何其他地熱井都還要熱的區域,但是經過六個月的時耶,他們被迫停止在離目標僅幾百英尺的距離。這時井底的溫度比冰島計畫的還要高近200度,且真因為溫度太高無法繼續安全的鑽下去。

然而在整個鑽探過程中,一支由歐洲地質學家組成的獨立團隊同時也正密集監視放置在 Larderello-Travale 地熱田周圍的超靈敏地震儀系統。這隻團隊記錄了一些地震活動,發現這段時間的地震活躍度處於正常範圍。儘管如此,Riccardo Minetto 還是認為這項發現不代表其他地方也適用。他說超臨界地熱井是一項新興科技,但未來對超臨界流體進行鑽探的實驗「不排出會引發其他地震事件的可能性」。

儘管 Riccardo Minetto 在這篇論文中表示 Venelle-2 的超臨界流體鑽探跟地震沒有關聯,但事實上其他地熱井在過去曾引起地震。韓國歷史第二大地震經調查可能是當地實驗性地熱發電廠所引起的,2006 年瑞士巴塞爾大地震也被指向跟地熱井挖掘有關。一些研究者將這些地震事件歸因於地熱井挖得太深鑽進斷層,而且引發了地震風險。面對鑽探超臨界流體可能導致的地震風險是否比一般地熱井多時,Riccardo Minetto 則是表示,「超臨界流體的未知數仍然太多,目前還無法給出正確答案。」

縱使不算地震風險,超臨界流體地熱井還是有其他其他缺點。全球適合讓水超臨界流體的地區目前還不算多,大大限制了其他地區使用超臨界流體發電的可能性,而且流體本身也可能會對地層、地熱井造成嚴重破壞。Hot Rock Energy Research Organization 總裁兼地熱公司 Alta Rock Energy 的共同創辦人 Susan Petty 就說:「這些流體具有很強的破壞力性,並且可能會從岩層中沖解出很多東西,非常可怕。」

取而代之的是,Susan Petty 提倡所謂的「增強型地熱系統」,該系統不依賴於自然存在的地熱流體,而是鑽入乾燥的熱岩石深處並從地表注水,讓水加熱到接近超臨界溫度,最後再抽回地表以使渦輪發電機旋轉。這是從石油和天然氣工業引介來的技術,有望將地熱發電從對天然熱水儲藏的依賴中解放出來。理論上只要鑽得夠深,幾乎可以在任何地方使用增強型地熱系統。

超臨界流體地熱井必須尋找、挖掘大量熱水和蒸汽,讓這項技術無法延伸至全球採用。但若可以突破地熱的地區限制,Susan Petty 表示這種發電方式可以為世界上絕大多數地區,提供取之不盡的無碳能源。

但就像超臨界流體地熱井一樣,技術難關跟大地震風險同樣困擾著增強地熱系統,巴塞爾、韓國地震事實上涉及到了增強地熱井技術,到底是技術固有風險,還是鑽孔位置不佳?這也是一個懸而未決的問題。

不過更重要的是,增強地熱系統一直很難趕上其他綠能的發展速度。在美國像 Alta Rock Energy 這種公司都一直處於拼命募資的狀態,但地熱公司只能獲得美國聯邦分配給風電、太陽能中補貼的一小部分。而且由於缺乏新技術出現,增強型地熱系統從投資角度來看風險也正在不斷提升。

俄亥俄州立大學可持續能源實驗室的負責人 Jeffrey Bielicki 就說:「地熱存在不少市場問題;儘管它看起來好處不少,但是當大眾提到『可再生能源』這個詞時,他們通常是指風電、太陽能。」

但本月開始,美國能源部也宣布提供一筆 2500 萬美元的研究資金,給專門地熱測試站點 FORGE 計畫上。但看起來,地熱發電要進入你家附近的電網之前還有很長的路要走。



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