美國發明顛覆性鑽頭，可鑽入地下20公里，第4次能源革命來了？
革命性的鑽頭已經問世，它可能輕易打破目前蘇聯保持的，12公里最深的鑽井記錄，直接鑽到20公里的地球深處。 5月29日，麻省理工衍生公司Quaise Energy，在德州成功展示了，一項可能改寫能源歷史的黑科技，毫米波鑽探技術。這項技術透過暴力熔化岩石，可以達到人類從未觸及的地下高溫區域，預計讓地球上任何一個地方，都能獲得取之不盡的清潔能源。這項技術可以突破傳統鑽探的物理極限，預計3年內投入商用，成本可與現有能源競爭。這意味著，繼蒸汽機、電力、石油之後，人類或將迎來第四次能源革命。
D.S.
關於 ( Quaise Energy 的毫米波鑽井技術 ) 進行
最新進度 與 可能瓶頸 的 彙整分析：
技術原理與核心突破
- 顛覆傳統鑽井方式：
- 毫米波熔岩技術： 利用類似微波爐原理的高功率 毫米波（Gyrotron 裝置產生），
直接將岩石加熱至熔點（>1000°C）以上使其熔化或氣化，而非
傳統的機械破碎。 這克服了硬岩層（如花崗岩、玄武岩）鑽探效
率極低、鑽頭磨損嚴重且在高温高壓下易失效的根本問題。
理論上可鑽至地殼深處 20 公里。 - 開採超臨界地熱： 目標是鑽至地下 3-12 公里 深處，該處温度普遍超過 374°C，壓
力極高。 在此環境下，水會處於 超臨界狀態（兼具液體和氣體
特性），其能量密度是傳統地熱蒸汽或熱水的 5-10 倍，單一鑽孔
即可支持一座大型電廠（估計 50MW 以上）。
- 毫米波熔岩技術： 利用類似微波爐原理的高功率 毫米波（Gyrotron 裝置產生），
- 混合鑽井系統：
- 為加速商業化並降低成本，Quaise Energy 與石油鑽井巨頭 Nabors Industries 合
作，開發 混合式鑽機。 - 策略是：先用 傳統旋轉鑽頭 鑽穿地表較軟的沉積岩層（通常幾公里深），到達堅硬
基岩後，再無縫切換安裝 毫米波鑽井模組 進行後續的深層鑽探。 - 此策略可 大量利用現有的全球石油鑽井平台和基礎設施（ 全球已約有 2000 台陸上鑽機 ），大幅降低進入門檻和成本。
- 為加速商業化並降低成本，Quaise Energy 與石油鑽井巨頭 Nabors Industries 合
最新進度 (截至 2025 年 7 月資訊)
- 2025 年 5 月公開演示： 在德州休斯頓，於一台 全尺寸石油鑽機 上成功整合並展示了
毫米波鑽井模組。這是該技術 首次在工業級鑽井平台上公開
運行。演示中成功鑽入地下 30 英尺（約 9 公尺），鑽孔直
徑 4 英吋。雖然深度尚淺，但關鍵在於驗證了系統整合的可
行性、操作安全性以及在真實鑽機環境下的運行能力。 - 2025 年 6 月關鍵設備交付： 接收了功率高達 1 兆瓦 (MW) 的工業級毫米波源（回旋
管）。這相較於早期實驗室階段使用的設備（約 100 千瓦
級別），功率提升了 10 倍，是邁向商業化鑽深能力的重
要一步。 - 2025 年 7 月計劃實地測試： 計劃在德州 馬布爾福爾斯 (Marble Falls) 的花崗岩露頭
進行更深入的實地鑽探測試。目標是鑽至 130 公尺 深，
並測試 連續鑽探多個孔 的能力。這將是驗證毫米波在天
然堅硬岩石（花崗岩）中鑽深效率和可靠性的關鍵一步。 - 技術演進歷程：
- 實驗室階段 (MIT)： 在受控環境中鑽出深度約 5 公分 的孔。
- 2023 年現場測試： 在麻州切爾姆斯福德的天然花崗岩露頭鑽出 約 3 公尺深 的孔。
- 2025 年 5 月： 整合至工業鑽機，鑽深 9 公尺。
面臨的關鍵瓶頸與挑戰
1.極端環境下的設備耐受性與可靠性：
- 高温高壓： 鑽至目標深度（>12公里）時，鑽頭（波導頭）面臨的環境温度可能超
過 500°C，壓力超過 140 兆帕 (MPa)。這遠超過常規電子設備和材料的
承受極限。 需要開發能在這種極端條件下長期穩定工作的 耐高温高壓傳感
器、波導材料、冷卻系統和密封技術。 - 劇烈振動： 鑽井過程，特別是在非均質岩層或遇到裂縫時，會產生劇烈振動（可能超
過 20g 的加速度）。 這對精密的毫米波發生器和波導系統構成巨大威脅，
容易導致設備失效或損壞。防震設計和材料是重大挑戰。 - 岩屑清除 (碎屑管理)： 熔融/氣化的岩石需要被有效地從鑽孔底部移除。在超深、高温
高壓環境下，確保熔融物和氣體能順暢地沿鑽桿向上排出而不
堵塞鑽孔或損壞設備，是複雜的工程問題。
2.鑽孔穩定性與完整性： - 孔壁坍塌： 熔化岩石形成的孔壁，在冷卻後或應力作用下可能不穩定，存在坍塌風
險。 需要研究如何在鑽進過程中或鑽進後 穩定孔壁（例如，可能需要下
套管或注入特殊漿液，但這在深部高温環境下難度極高）。 - 能量傳輸效率與方向控制： 確保高功率毫米波能量能有效聚焦於鑽孔底部岩石，避免
能量在鑽桿內或孔內損耗，並精確控制鑽孔方向（導向
性），是技術成功的關鍵。深部鑽探的 導向精確度 也是一
大挑戰。
3.超臨界地熱系統的工程實現： - 取熱循環： 鑽到目標深度只是第一步。如何設計並實現 可靠的閉環系統，將水注入超
高温岩層、使其轉化為超臨界狀態、再將高能量的超臨界流體或蒸汽安全
高效地提取回地表驅動渦輪發電，整個過程尚未在地熱領域大規模實踐
過。涉及極端條件下的 材料腐蝕、流體力學、熱交換效率 等複雜問題。 - 儲層創建與維持： 超臨界地熱需要足夠的熱交換面積。可能需要通過水力壓裂等方式
在目標高温岩層中創建人工儲層（Enhanced Geothermal
System, EGS 概念），並確保其長期穩定性和滲透性。
在極深部進行此操作難度極高。
4.商業化成本與規模化： - 設備成本與功率： 目前的 1 MW 設備是重要里程碑，但要實現商業化鑽探（尤其是達
到 10+ 公里深度），需要 更高功率、更耐用、可連續運行數週甚至
數月 的毫米波鑽井系統。這類設備的 開發、製造和維護成本 仍是
未知數。Quaise 強調利用現有油氣鑽機降低成本，但毫米波模組本
身仍是巨大投入。 - 鑽井速度與效率： 毫米波鑽井的 實際鑽進速度 在更大深度、更複雜地質條件下是否能
達到經濟可行的水平，仍需大量現場驗證。 - 電廠整合成本： 鑽井成功後，建設能承受超臨界流體高温高壓（>374°C, >22.1MPa）
的 特種地表電廠設備（如渦輪機、熱交換器） 成本高昂。
雖然理論上單井功率高，但初始投資巨大。
結論與展望
Quaise Energy 的毫米波鑽井技術確實代表了一種 革命性的鑽探方法，具有突破傳統鑽深極限、開採巨量清潔基載地熱能的潛力。其 核心價值在於物理原理上的可行性（用電磁波熔化岩石無需接觸，理論上可鑽透任何岩石）和 利用現有油氣基礎設施的商業化策略。
- 最新進展積極： 成功整合至工業鑽機並公開演示、獲得關鍵的 1MW 設備、準備進行
更深度的實地花崗岩鑽探，這些都是重要的技術里程碑，顯示技術正
從實驗室加速走向工程驗證階段。 - 瓶頸挑戰嚴峻： 極端環境設備耐受性（高温、高壓、振動）、深孔穩定性、高效能量傳
輸與鑽孔導向、以及最終超臨界地熱系統的工程實現和成本控制，是
橫亙在商業化成功面前的幾座大山。這些挑戰涉及材料科學、精密工
程、地球物理、熱力學等多個尖端領域，解決難度極高。 - 時間表審慎樂觀： Quaise 提出的 3 年內（約 2027-2028）實現商業應用的目標 極具
挑戰性。目前的進展主要集中在鑽井技術本身的前端（鑽得下去），
距離完整的、可商業發電的超深地熱系統（鑽得深、穩得住、取得
出熱、發得了電且成本合理）還有漫長且艱鉅的工程化道路。
技術瓶頸若無法有效克服，商業化時程很可能延後。
若此技術最終成功克服所有挑戰並實現規模化應用，確實有潛力引發 第四次能源革命，提供近乎無處不在、穩定、零碳的基載電力，重塑全球能源格局。
然而，其成功與否，未來 2-5 年的工程驗證和深度測試結果至關重要，將決定其是成為真正的革命者，還是停留在一個極具潛力但工程難度過高的概念。
G.K.
- 目前，Quaise Energy 的毫米波鑽探技術已於 2025 年 5 月 21 日在德州休斯頓成功示範，使用 100 kW 旋轉管切割岩石，顯示出潛力。
- 計劃於 2025 年 7 月在德州 Marble Falls 進行現場測試，目標鑽探 150 米深，並預計 2026 年在俄勒岡州 Newberry 進行商業化測試。
- 未來 3 年內，目標在俄勒岡州 Bend 建設 50 MW 地熱電廠，結合傳統和毫米波技術。
- 挑戰包括技術需擴展至 20 公里深度，確保經濟競爭力，並解決環境和監管問題。
技術進展
研究顯示，Quaise Energy 的毫米波鑽探技術利用高頻毫米波熔化岩石，旨在突破傳統鑽探的深度限制（達 20 公里），以開發超深地熱能源。2025 年 5 月的示範證明了其初步可行性，計劃中的現場測試將進一步驗證其實際應用。
可能瓶頸
證據傾向於認為，技術面臨的主要挑戰包括擴展至極深層次（20 公里）的技術難度、經濟成本的競爭力，以及潛在的環境和地震風險。監管框架的適應也可能延緩進程。
詳細報告
Quaise Energy 的毫米波鑽探技術是近年來能源領域的一項突破性發展，旨在通過高頻毫米波熔化岩石，實現深達 20 公里的鑽探，以開發超深地熱能源。這項技術有潛力改變全球能源格局，使地熱能源成為無處不在的清潔能源來源。然而，該技術仍處於早期階段，面臨多項挑戰。以下是對其最新進展和可能瓶頸的詳細分析，基於 2025 年 7 月 9 日的最新資訊。
背景與技術概述
Quaise Energy 於 2018 年由麻省理工學院的 Plasma Science and Fusion Center 衍生成立，基於 MIT 研究員 Paul Woskov 於 2008 年提出的理念，利用旋轉管（gyrotron）生成的高頻毫米波（如「類固醇版的微波」）來汽化岩石。該技術旨在突破傳統機械鑽頭的物理極限，特別是當深度超過 12 公里時，機械鑽頭因高溫和高硬度而失效。目標是鑽探至 20 公里深處，達到約 500 °C（932 °F）的溫度，提取超臨界地熱流體，這些流體能比傳統地熱資源產生 5-10 倍的能量。
最新進展
根據近期報導，Quaise Energy 在 2025 年 5 月 21 日於德州休斯頓的 Nabors 設施成功展示了其毫米波鑽探技術。這次示範使用 100 kW 的旋轉管，功率約 48 kW，切割速度為每分鐘 2 厘米，創建直徑 4 英寸（10.2 厘米）的孔，孔壁因高溫（達 1,700 °C）而玻璃化。示範中整合了診斷光束，監測溫度和距離，並動態調整功率以確保效率。
- 現場測試計劃： 公司計劃於 2025 年 7 月在德州 Marble Falls 的花崗岩採石場進行現
場測試，目標鑽探深達 150 米（492 英尺），預計每個孔約需 1 個
月，測試可能持續至年底。計劃鑽探多達 5 個孔，以驗證技術在實際
環境中的穩定性。 - 設備升級： Quaise Energy 預計在 2025 年 7 月或 8 月收到 1 MW 的旋轉管，這將允
許鑽探更大的孔徑（8.5 英寸），相比 100 kW 旋轉管的 4 英寸孔，提升效
率和適用性。 - 商業化目標： 公司計劃在 2026 年於俄勒岡州 Newberry 進行商業化測試，並在 3 年
內（即 2028 年）在俄勒岡州 Bend 外部建設一座 50 MW 的地熱電廠，
其中 20 MW 來自傳統鑽探，30 MW 來自毫米波技術。 - 成本競爭力： 根據 Quaise Energy 的估計，平準化能源成本（LCoE）預計為每兆瓦
時 50-100 美元，與 2023 年的太陽能（24-96 美元）、風能（24-96 美
元）、天然氣（39-101 美元）、煤炭（68-166 美元）和核能（141-221
美元）競爭。
詳細計算器可訪問 https://www.quaise.energy/lcoe/calculator。
以下表格總結了近期進展：
可能瓶頸與挑戰
儘管技術進展令人振奮，但多個方面仍需克服，以實現其雄心勃勃的目標。
- 深度與溫度挑戰： 技術需擴展至 20 公里深度，該處溫度超過 400 °C，而目前的測試
深度僅為 150 米。這種深度的鑽探對設備的耐熱性和穩定性提出極
高要求，現有測試環境（如 Nabors 設施）僅限於 100 英尺（30
米）深度，實際應用仍有差距。 - 技術縮放與經濟可行性： 證據顯示，擴展至深層需要更高的功率和更長的時間，目前
的 1 MW 旋轉管需證明能以競爭性的速度鑽出 8.5 英寸孔。LCoE 目標為 50-100 美元/兆瓦時，但需與傳統能源的成本競爭，尤其是在 Tier 2/3 地點（地熱梯度 ≥40 °C/km 和 ≥20 °C/km），這些地點的資源較 Tier 1（300-500 °C 較淺層）更難以開發。 - 技術整合： 將毫米波技術與現有油氣鑽機整合需要克服多項工程挑戰，例如動態波導
的穩定性和高功率條件下的安全操作。示範中使用的 Nabors F 型鑽機和
自定義頂部驅動系統顯示了初步整合，但深層應用仍需驗證。 - 監管與環境考量： 深層鑽探可能引發地震風險，特別是與現有地熱系統的刺激技術相
關的歷史問題。監管框架的適應和環境影響評估將是關鍵障礙，需
確保技術的安全性和可持續性。 - 時間表壓力： 儘管 Quaise Energy 設定了 2026 年商業化測試和 2028 年地熱電廠運
營的目標，但從技術驗證到大規模部署仍需時間，特別是考慮到現場測
試和 1 MW 旋轉管的性能驗證。
以下表格總結了主要挑戰：
未來展望與影響
Quaise Energy 的技術若成功，將實現第四次能源革命，使地熱能源成為全球性的清潔能源解決方案，特別是與化石燃料基礎設施的再利用（如油氣鑽機）相結合。該技術的成功將促進能源獨立，特別是在地熱梯度較低的地區（Tier 2/3 地點），並加速向淨零排放的轉型。然而，實現這一願景需克服上述挑戰，並在未來幾年的測試中證明其可行性和經濟性。
總結而言，Quaise Energy 的毫米波鑽探技術展示了巨大的潛力，但仍需在深度擴展、經濟可行性和環境安全方面取得重大突破。2025 年 7 月的現場測試和 2026 年的商業化測試將是關鍵節點，決定其是否能真正改變能源格局。
參考資料：
