祖拜克說(shuō)︰“從現(xiàn)有的碳基能源系統(tǒng)過(guò)渡到無(wú)碳能源系統(tǒng)，我們需要做出的選擇之一就是充分開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮?包括傳統(tǒng)的水熱型地?zé)崮芎腿嗽斓責(zé)崮?。”

傳統(tǒng)的地?zé)岚l(fā)電主要是利用來(lái)自于地表附近的間歇噴泉和溫泉的熱能進(jìn)行發(fā)電，而目前人造地?zé)崮芗夹g(shù)(又稱(chēng)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)EGS)已作為一種主要的清潔能源形式在世界很多地方得到采用。該項(xiàng)技術(shù)是以高壓方式將水傾注到深井(注水井)，使其足以裂解地表下4公里到6公里深處的高溫花崗巖和其他巖石。這種裂解方式提高了巖石的滲透率，并建立人工儲(chǔ)熱層，冷水經(jīng)過(guò)熱儲(chǔ)層滲進(jìn)巖石的縫隙吸收熱量，然后再通過(guò)另一口深井(生產(chǎn)井)將水蒸氣輸送到地表，用水蒸氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，這種發(fā)電方式不會(huì)排放溫室氣體。而水蒸氣最終經(jīng)過(guò)冷卻后，可以被再次注入地下，并再次循環(huán)到地表。

2006年，特斯特教授與他人合作完成了一份研究報(bào)告，該報(bào)告估計(jì)在美國(guó)大陸上可利用人造地?zé)豳Y源的地域大約為2%，如果能得到全部開(kāi)發(fā)利用，其發(fā)電量大約相當(dāng)于全美年消耗能量的2600多倍。但是利用人造地?zé)崮鼙仨毧朔芏嗾系K，其中就包括采用水裂壓力技術(shù)所引發(fā)的小型地震。2005年，瑞典巴塞爾地區(qū)曾引發(fā)了一次震級(jí)為3.4級(jí)的小型地震，由于當(dāng)?shù)鼐用袷艿襟@嚇，有關(guān)部門(mén)被迫停止了一項(xiàng)人造地?zé)崮苡?jì)劃。這一事件阻礙了世界各地人造地?zé)崮苡?jì)劃實(shí)施。

2011年，畢業(yè)于斯坦福大學(xué)的馬克·穆克魯爾曾設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)模型，旨在解決應(yīng)用水力壓裂技術(shù)所誘發(fā)的小規(guī)模地震活動(dòng)。通常的做法是一次性將水注入深井內(nèi)使其在地下產(chǎn)生壓力，穆克魯爾提出的方案為︰隨著時(shí)間的推移逐步減少注水速率，以減緩巖石的裂解過(guò)程，進(jìn)而減少可能發(fā)生的地震活動(dòng)。該成果獲得了2011年美國(guó)《地球物理學(xué)報(bào)》最佳論文獎(jiǎng)，但有待于得到實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)一步驗(yàn)證。[page]

頁(yè)巖氣

祖拜克認(rèn)為，在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)方面也面臨一些挑戰(zhàn)。他說(shuō)︰“過(guò)去幾年北美地區(qū)的頁(yè)巖氣革命已經(jīng)呈現(xiàn)出超乎預(yù)料的發(fā)展規(guī)模和重要性。由于世界各國(guó)都開(kāi)始致力于這種資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)基礎(chǔ)研究來(lái)說(shuō)亟待解決的問(wèn)題是——頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)如何促進(jìn)水力壓裂技術(shù)的改進(jìn)以及探索頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響最小化的新方法。

目前，北美地區(qū)已經(jīng)鉆探出大約3萬(wàn)個(gè)頁(yè)巖氣井，但一些基本的挑戰(zhàn)阻止了將其潛能發(fā)揮到最大化。祖拜克說(shuō)︰“目前的情況是，在開(kāi)采過(guò)程中只有25%的頁(yè)巖氣被采收，另有75%的頁(yè)巖氣則無(wú)法采收。我們需要在生產(chǎn)頁(yè)巖氣方面將工作做得更好，同時(shí)保護(hù)好環(huán)境。”今年早些時(shí)候，祖拜克和穆克魯爾提出了在儲(chǔ)氣層滲透率極低的條件下開(kāi)采頁(yè)巖氣的新證據(jù)。如果該方法確實(shí)能夠有效地增加產(chǎn)量，它對(duì)克服現(xiàn)有水力壓裂技術(shù)的缺陷至關(guān)重要。

祖拜克認(rèn)為，甚至還需要在石油采掘技術(shù)方面取得更大的進(jìn)步。“我們需要做更多的基礎(chǔ)性研究工作，以便能從地表下獲得更多的碳?xì)浠衔铩Ｎ覀冎挥性谶@方面做得更好，才能真正減少需要鉆探油井的油井?dāng)?shù)量，減少對(duì)環(huán)境的影響。這將惠及所有的公司和整個(gè)國(guó)家。”

能源關(guān)鍵元素

地質(zhì)學(xué)在開(kāi)發(fā)可再生能源資源方面發(fā)揮著極其重要的作用，而作為地質(zhì)學(xué)的一個(gè)重要分支，經(jīng)濟(jì)地質(zhì)學(xué)(即礦床學(xué))的目的就是經(jīng)濟(jì)合理地進(jìn)行找礦、勘探和開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源，以滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源不斷發(fā)展的需要。祖拜克說(shuō)︰“目前人們已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到，利用可再生能源來(lái)滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)和全球能源需求需要大量的關(guān)鍵材料。”

所謂“能源關(guān)鍵元素”是指鍺、鋰和釹等大約30種元素，它們是制造薄膜太陽(yáng)能板、高效率風(fēng)力發(fā)電機(jī)和高容量電池等清潔能源硬件的核心材料，因此這些元素的多少將決定清潔能源的未來(lái)。祖拜克指出，開(kāi)發(fā)可再生能源“需要大量的鉑和鋰等化學(xué)元素，缺少這些‘能源關(guān)鍵元素’將會(huì)嚴(yán)重制約人們采用能夠改變未來(lái)能源供應(yīng)局面的新技術(shù)”。

能源關(guān)鍵元素在不同國(guó)家的儲(chǔ)量差異很大。2009年祖拜克和海特茲曼完成的一項(xiàng)合作研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的鍺產(chǎn)量佔(zhàn)全世界產(chǎn)量的71%。鍺是光伏電池使用的一種元素，它是產(chǎn)鋅過(guò)程中的典型副產(chǎn)品，而中國(guó)是世界上最重要的產(chǎn)鋅國(guó)。

祖拜克指出︰“這些元素被如何應(yīng)用以及其儲(chǔ)藏分布都是十分重要的問(wèn)題，因?yàn)檎麄€(gè)工業(yè)界都需要獲得這些元素。”他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)︰“如果我們要持續(xù)地開(kāi)發(fā)各種可再生能源技術(shù)，迫切需要我們從地質(zhì)學(xué)、冶金和采礦工程學(xué)的角度，更好地搞清楚這些關(guān)鍵元素的儲(chǔ)藏狀況。”不幸的是，對(duì)于經(jīng)濟(jì)地質(zhì)學(xué)在保障能源關(guān)鍵元素供應(yīng)方面的重要性，美國(guó)聯(lián)邦和州政府機(jī)構(gòu)，全球采掘業(yè)界、民眾、美國(guó)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都沒(méi)有形成共識(shí)。