根據(jù)斯坦福大學的一項最新研究，開啟清潔能源的關鍵可能與我們的DNA有關。通過合成DNA與微觀粒子的結合，YuranZhang和一個地熱能研究團隊希望開發(fā)世界上可以廣泛利用但卻往往被忽視的清潔能源。
地熱是來自地球內部的熱量，地熱能的產生是通過提取熱量并將其轉化成電能。實際上，熱能通過地下深處的裂縫或斷裂處移動，因此，地熱工程師們必須要對地質情況以及這些裂縫的位置和方向有深入的了解，在這個方面，DNA和納米技術就有了用武之地。
“目前，盡管有先進的地震成像、示蹤試驗和其它成像及傳感技術，但是對于儲層裂縫網(wǎng)絡的分布還不是很清楚，”這篇研究論文的第一作者Zhang說，他是斯坦福大學地球、能源與環(huán)境科學學院的研究生。
“納米示蹤劑能夠帶給我們更多的儲層信息，從溫度的分布到裂縫的幾何形狀，”Zhang繼續(xù)說道。
醫(yī)學研究人員已經(jīng)試驗了將藥物包裹在納米粒子中，讓其在人體內循環(huán)，在某個特定溫度下納米粒子熔化或打開從而將藥物釋放出來，達到治療目的。地球內部的溫度較高，地熱納米示蹤劑基本上能夠以同樣的方式工作，使研究人員可以更好地了解地下熱能資源。
油藏工程師將示蹤劑注入到地熱場中來繪制圖像，在遍布于較大區(qū)域的多個站點，工程師們會重復這樣的工作。如果粒子彈出到其它熱能井中的話，想要確定它們從哪個熱能井開始進入的，就幾乎不可能了。這就限制了更好利用地熱能所需的關鍵信息。
“在納米示蹤劑中加入DNA就能在很大程度上解決這個問題，”Zhang說。“DNA幾乎有無限多個序列號。利用獨特的DNA標記將每一批示蹤劑進行編碼，我們就能獲得我們需要的溫度分布以及裂縫幾何形狀的清晰圖像。”
在這項研究中，Zhang和她的研究團隊在二氧化硅納米粒子和一個額外的二氧化硅殼之間以合成的方法嵌入衍生的DNA分子。然后，他們通過沙袋，在不同溫度下，將這些粒子注入，看看獨特的DNA標簽和二氧化硅殼是否能在旅途中存活下來，這種情況類似于它們在熱能場中的經(jīng)歷。
“我們非常驚訝地發(fā)現(xiàn)粒子能夠在302華氏度(150攝氏度)的高溫下存在，這意味著它們可以在地熱場的極端環(huán)境下生存，”Zhang說。
目前，雖然更好地了解地下情況對于開發(fā)地熱場有利，但是未來的地熱發(fā)電可能來自于增強型地熱系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中人們將水注入地下致巖石破裂從而擠出地熱。
“這個初步研究結果讓我們向利用地熱資源邁出了重要一步，而地熱資源目前是非常難以開采的，”這項研究的合作者羅蘭霍恩稱，他是斯坦福地熱項目(Stanford Geothermal Program)的主任。
“由于不同的地質情況和裂縫的幾何形態(tài)，每一個增強型地熱系統(tǒng)都是獨一無二的，”霍恩說。“為了正確地開發(fā)系統(tǒng)，我們需要了解，這些裂縫是如何連接在一起的，以及溫度場是如何分布的。DNA嵌入納米示蹤劑是一個得力的工具，能夠幫助我們提升地熱能的全球利用潛力。”
保守估計，如果增強型地熱系統(tǒng)能夠被優(yōu)化的話，有一天，地熱能可以提供世界上5%的電力供應。雖然這個數(shù)字聽起來很小，但是霍恩和Zhang認為地熱能將在我們未來的能源領域扮演重要的角色。
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