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地球的熔融地幔是一種潛在的取之不盡的能源，可以滿足我們國家 10% 的能源需求，但成本和安全問題阻礙了地熱能的發展。現在，研究人員宣佈計劃測試一種更有效的方法，利用奈米技術開發更安全、低溫的地熱資源。
美國總統巴拉克·奧巴馬已將地熱能作為擺脫國家化石燃料依賴和減少溫室氣體排放的組成部分加以推廣。上週，美國土地管理局拍賣了美國西南部近 1000 平方公里公共土地上的地熱能源開採權，並預計到 2015 年將新建 111 座地熱發電廠。
這些傳統的地熱發電廠——目前僅佔全國能源供應的 0.5%——利用地球表面以下數英里處的溫泉，這些溫泉含有溫度在 150 至 370 攝氏度之間的過熱水。當來自地幔外層（地表以下約 50 公里）的岩漿侵入地殼時，就會形成這些溫泉，加熱岩石和水。在大多數發電廠，當從儲層中提取這種高壓水時，它會膨脹並變成蒸汽，從而驅動發電廠的發電機渦輪機。
但是，鑽探水熱資源有時會引發地震，尤其是在專案在斷層周圍破裂熱基岩並注入自身的水時。這種被稱為“水力壓裂”的方法導致瑞士政府在 2006 年關閉了巴塞爾的一個此類專案，此前該專案引發了劇烈震動。一家加利福尼亞公司 AltaRock Energy 在《紐約時報》上發表文章對其安全性提出質疑後，已暫停了其在蓋澤爾斯的地熱專案。
低溫溫泉，有時低於 100 攝氏度，儲量更豐富，更靠近地球表面，從而降低了鑽探會與通常發生大地震的深層斷層相交的可能性。這種水必須與熱交換器結合使用，以加熱特殊的液體，如烷烴（飽和烴，如甲烷）或全氟碳，這些液體具有較低的沸點。當這些物質蒸發時，它們會釋放能量來轉動渦輪機。不幸的是，與水在此轉變過程中釋放的能量相比，它們釋放的能量更少，這使得該過程效率較低。
因此，環境工程師彼得·麥格雷爾及其在美國能源部（DoE）太平洋西北國家實驗室的同事們正在提出一種改變這種情況的方法。
八個月前，他的團隊在進行碳捕獲和儲存工作時，有了一個驚人的發現。當他們瞭解到這些籠狀奈米結構還可以將烷烴的儲熱能力提高 20 倍時，他們正在研究可以捕獲二氧化碳的籠狀奈米結構。“這一發現使我們產生了嘗試將此應用於地熱領域的想法，”麥格雷爾說。
他解釋說，從理論上講，這種流體可以將低溫地熱資源發電的效率提高 30% 到 40%。麥格雷爾和他的團隊將這些結構命名為“金屬有機熱載體”（metal-organic heat carriers），簡稱 MOHCs。在獲得 DoE 提供的 120 萬美元資金後，該實驗室將在未來三年內在實驗臺上測試使用不同混合物的發電情況。
這項新提議讓社群中的許多人感到驚訝，他們對它的前景持樂觀態度。“這是我第一次聽說這個，”猶他大學能源與地球科學研究所地熱專案負責人彼得·羅斯在鹽湖城說，“但這聽起來像是利用低溫地熱資源發電的一種潛在的令人興奮的方法。”
愛荷華大學化學家倫納德·麥吉利夫雷曾研究過類似的奈米結構，他說這種方法是合理的，這些化合物既易於合成，又不太可能導致環境問題。 “這非常有趣，”他說。“這是一個將這些金屬有機結構應用於問題的好方法。”
當然，這項技術仍處於起步階段，其可行性將取決於能源傳輸線的可用性以及低溫地熱資源附近公共土地等因素。
“這裡的希望是，”麥格雷爾說，“如果你能夠使使用較淺的系統更經濟……那麼與可能引發地震的活動斷層相交的可能性就會降低。”