科技前沿:怎样开采地热能?

读者,你好

这里是《得到头条》,我是徐玲。

今天我们从两个话题出发,为你提供知识服务。一是科技企业“星环聚能”获得数亿元天使轮融资,二是美国最高法院推翻关于女性堕胎权的历史判决。

今天的第一条,是彭天放老师带来的硬科技报告。

最近,国内一家叫做“星环聚能”的科技企业,刚刚完成数亿元天使轮融资。投资方包括顺为、红杉等多家知名机构。在天使轮就能获得这些大牌机构的数亿元投资,这家公司是什么来头?从“星环聚能”这个名字可以猜到,这家公司是搞核聚变发电的。

核聚变发电,堪称人类的终极能源。在《得到头条》第140期,我们聊过核聚变发电的创业浪潮。在过去一年中,这个创业赛道的海外市场一片火热,美国、英国、加拿大等国的多家核聚变发电初创企业,已经完成了累计几十亿美元的融资。它们正在展开一场竞赛:看谁能成为世界上第一家实现商用可控核聚变的企业。

现在,这条赛道上多了一位中国选手,就是这家去年才刚刚成立的“星环聚能”。它的核心团队来自清华大学工程物理系核能所聚变团队,在核聚变领域拥有超过20年的研究经验。他们的目标,是推出中国首个小型化、可快速迭代的商用可控核聚变反应堆。

消息就是这样,来看看能学到什么知识。

我注意到,这场核聚变赛道的全球科技竞赛,不但让核聚变发电本身的进展大大加速,还出现了一个意想不到的技术溢出。科学家发现,核聚变研究中经常用到的一项技术——高强度电磁波,可以用在另一个能源领域,也就是地热能的开发上。这给人类的能源利用又打开了一扇新世界的大门。

所谓地热能,简单来说,就是利用地底深处和地面的温度差来发电的技术。一个典型的地热能电站,就是往地底下钻一个很深的洞,然后通过管道把冷水送到地底加热,等水热了之后再返回地面,带动发电机发电,这样往复循环。

地热能电站不像火力发电一样需要持续消耗燃料,也不像风电、光伏电站一样发电量波动很大。它可以24小时稳定地、零排放地输出电力,说起来真是一种品质非常好的发电方式。不过到目前为止,地热能发电只占到了全球电力供给的不到1%。这是为什么呢?

其中的主要障碍之一,就是人类目前的“挖洞技术”还很不到家。实际上,比起“上天”的技术,人类在“入地”的技术上可谓相当笨拙。目前的挖洞方法,说白了就是用非常昂贵钻头,不断把岩石磨碎来向下挖。这样挖洞有两个很大的缺陷:

第一,成本高。钻头本身非常昂贵,而且需要经常更换,再加上,把钻探碎屑排出来也需要不小的成本。以目前的技术挖一个直径20厘米,深度10公里的洞,大概需要3000万美元。建设一个地热能发电站,大约一半成本都用在了挖洞上。

第二,传统的挖洞方式也很难挖深。洞挖得越深,地热温度就越高,发电效率也就越高。但是,挖得越深,环境也越恶劣,几公里的地下是一个温度和压力都非常高的极端环境。钻头再往下就基本挖不动了。目前为止人类挖的最深的洞,是苏联在上个世纪挖的,他们花22年的时间挖了一个直径22厘米,深度12公里的洞。

没法再往下深挖,不但影响发电效率,还极大限制了地热能开采的选址范围。大部分温度在500摄氏度左右的优质地热能,是分布在地下10公里左右的位置的。由于目前挖不了这么深的洞,人们只能在一些地壳板块的裂缝处开采地热。这就导致了地热能电站的可选位置非常受限。

这个问题怎么解决呢?就在6月28日,美国麻省理工学院的官网报道,他们学校有个搞核聚变的科学家,叫沃斯科夫,他忽然开了一个脑洞:核聚变研究中不是经常用到高强度电磁波吗,能不能用电磁波对准石头,把石头加热到蒸发?用电磁波发射器代替传统钻头来挖洞,不就刚好能解决前面说的两个问题吗?

第一,电磁波挖洞很便宜。不需要频繁更换昂贵的钻头,主要成本就是电费。同样挖一个直径20厘米,深10公里的洞,需要消耗的电费只要50万美元,是传统挖洞成本的1/60。

第二,可以挖得更深。电磁波发射器不跟石头直接接触,它的工作环境比需要直接磨碎石头的钻头要温和得多。这就让整个挖掘设备可以在更深的地下环境工作,开采到品质更好、温度更高的地热能。

沃斯科夫是从2009年提出这个想法的,并且从那时候起就一直投身于这项技术。后来又成立了创业公司,在过去几年里一共拿到了7000万美元的投资。也许很快,这项电磁波挖洞技术就能投入应用了。

说到这儿,我想起著名哲学家赵汀阳老师说的一句话:一个学科领域提出的问题,答案可能不在这个学科之内,而是落在别的学科那里。经济问题的答案可能是在技术那儿,技术问题的答案可能是在商业或者文化那儿。学科领域可以被分割成彼此不相关的条块,真实问题却像一个魔方,所有要素是联动的。

来看今天的第二条。

6月24日,美国最高法院以5票支持、4票反对的投票结果,推翻了1973年“罗诉韦德案”的历史性判决。“罗诉韦德案”,是1970年代美国法律确立女性堕胎权的一个重要判例。在这个判例之前,堕胎在美国大部分州是非法的。当时,有一名叫“罗”的未婚先孕女性,打官司要求获得堕胎权。这个官司从地方法院一直打到美国最高法院,最终,最高法院判定罗胜诉,从宪法层面保障了女性堕胎权,堕胎合法化从个别州普及到美国全境。

而现在,在“罗诉韦德案”宣判49年之后,美国最高法院推翻了之前的判决。这意味着,不再对女性堕胎权予以宪法层面的保护,堕胎是否合法,由美国各州自行决定。

消息就是这样,来看看能学到什么知识。

刚刚我们谈到,一个学科的问题,答案可能落在别的学科那里。“罗诉韦德案”又是一个绝佳的案例。美国历史上一个争论不休的犯罪学问题,有经济学家研究之后,发现答案竟然最终落在这个判例上。如果你听过这个故事,那我们再一起来梳理一遍。

事情是这样的:1975~1990年美国犯罪率直线飙升,15年中暴力犯罪率上升了80%,引发美国社会的极大焦虑。当时犯罪专家们甚至断言,未来十年形势将会更加严峻,暴力犯罪会越来越猖獗。然而,谁也没有想到的是,进入1990年代,暴力犯罪率飙升的趋势突然掉头,之后10年间,快速下跌到1975年之前的水平。

怎么回事?发生了什么?美国全社会一起来找原因。当时社会公认的导致犯罪率下降的几大原因是:1.治安因素,包括入狱率增加、更严的枪支管控、警力扩充等;2.人口因素,美国社会出现了人口老龄化;3.经济因素,1990年代出现了互联网经济的繁荣。

不过,美国经济学家、《魔鬼经济学》的作者史蒂芬·列维特,分析之后发现,这些看上去很像那么回事的因素,其实全都站不住脚。

先来看经济因素。经济繁荣了,大家日子好过了,犯罪率也就下降了,很有道理对吧?相关研究表明,经济繁荣确实和盗窃等非暴力犯罪的下降呈正相关——失业率下降1%,非暴力犯罪也下降1%。但是,经济繁荣和凶杀等暴力犯罪率却没什么相关性。事实上,1960年代,美国经济的另一个高增长期,暴力犯罪率也在暴涨。可以确定,1990年之后出现的暴力犯罪率快速下降,和经济繁荣没啥关系。

再来看老龄化因素。当人变得年老体弱,实施暴力犯罪的可能性就降低了,这听起来也有道理。不过要知道,美国从1950年代就进入了老龄化社会,老年人口的比例在几十年中是缓慢提高的,而90年代的犯罪率却是突然下降的。一个慢变量解释不了快变量,老龄化因素也可以排除。

最后来看治安因素。1990年代以后,美国入狱率上升,也就是蹲监狱的人多了。当更多有暴力倾向的人都进去了,社会上的暴力犯罪率自然也就下降了。还有,当警力扩充了,对罪犯就有更大的威慑力,也可以减少犯罪率。这个说法对吗?列维特认为,治安因素确实是1990年代暴力犯罪下降的原因之一,但只能解释其中1/3的变量。

那么,还有剩下的2/3的变量是什么造成的?列维特认为,1990年代美国暴力犯罪率的断崖式下降,要到1970年代的堕胎合法化,也就是前面提到的“罗诉韦德案”中去找原因。

想想看,什么样的母亲最有可能选择堕胎?是那些生活贫困、受教育程度不高、未婚先孕,甚至是未成年就怀孕的女性。她们的孩子一生下来就面临贫困和单亲的环境,成年后犯罪的可能性比较高。1973年“罗诉韦德案”宣判一年之内,就有75万名美国女性选择了堕胎;随后普及到全美的堕胎合法化,让很可能成为罪犯的那一拨孩子没能生下来。于是,在本来该他们“大展拳脚”的90年代,犯罪率实现了断崖式下跌。

当然,列维特并不是凭空推断,而是拿了具体数据来说话。

第一,1990年代暴力犯罪率的下降,主要是20多岁年轻罪犯人数的锐减,而其他年龄段的罪犯并没有明显减少。

第二,在“罗诉韦德案”之前,美国已经有5个州率先实行了堕胎合法化。这5个州暴力犯罪率下降的时间点要明显早于其他州,下降的幅度也大于其他州。

第三,在美国全境实行堕胎合法化之后,各州的实际堕胎率是不同的。数据显示,在70年代堕胎率越高的州,在90年代犯罪率下降的幅度也就越大。

这几点加起来可以证明:两者之间存在因果关系,而不是简单的相关关系。

你看,再次印证了刚才那句话:真实世界的问题就像一个魔方,所有要素是联动的。

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