祖拜克說︰“從現(xiàn)有的碳基能源系統(tǒng)過渡到無碳能源系統(tǒng)，我們需要做出的選擇之一就是充分開發(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)(又稱增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)，簡稱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，并建立人工儲熱層，冷水經(jīng)過熱儲層滲進(jìn)巖石的縫隙吸收熱量，然后再通過另一口深井(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)電方式不會排放溫室氣體。而水蒸氣最終經(jīng)過冷卻后，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)了一次震級為3.4級的小型地震，由于當(dāng)?shù)鼐用袷艿襟@嚇，有關(guān)部門被迫停止了一項(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《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]

頁巖氣

祖拜克認(rèn)為，在頁巖氣開發(fā)方面也面臨一些挑戰(zhàn)。他說︰“過去幾年北美地區(qū)的頁巖氣革命已經(jīng)呈現(xiàn)出超乎預(yù)料的發(fā)展規(guī)模和重要性。由于世界各國都開始致力于這種資源的開發(fā)，對基礎(chǔ)研究來說亟待解決的問題是——頁巖氣的開發(fā)如何促進(jìn)水力壓裂技術(shù)的改進(jìn)以及探索頁巖氣開發(fā)對環(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3萬個(gè)頁巖氣井，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︰“目前的情況是，在開采過程中只有25%的頁巖氣被采收，另有75%的頁巖氣則無法采收。我們需要在生產(chǎn)頁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氣層滲透率極低的條件下開采頁巖氣的新證據(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?。我們只有在這方面做得更好，才能真正減少需要鉆探油井的油井?dāng)?shù)量，減少對環(huán)境的影響。這將惠及所有的公司和整個(gè)國家。”

能源關(guān)鍵元素

地質(zhì)學(xué)在開發(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、勘探和開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，以滿足人類社會對礦產(chǎn)資源不斷發(fā)展的需要。祖拜克說︰“目前人們已經(jīng)普遍認(rèn)識到，利用可再生能源來滿足國內(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。祖拜克指出，開發(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’將會嚴(yán)重制約人們采用能夠改變未來能源供應(yīng)局面的新技術(shù)”。

能源關(guān)鍵元素在不同國家的儲量差異很大。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)鋅過程中的典型副產(chǎn)品，而中國是世界上最重要的產(chǎn)鋅國。

祖拜克指出︰“這些元素被如何應(yīng)用以及其儲藏分布都是十分重要的問題，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)鍵元素的儲藏狀況。”不幸的是，對于經(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，美國聯(lián)邦和州政府機(jī)構(gòu)，全球采掘業(yè)界、民眾、美國學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都沒有形成共識。