根據(jù)斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)最新研究，開啟清潔能源的關(guān)鍵可能與我們的DNA有關(guān)。通過合成DNA與微觀粒子的結(jié)合，YuranZhang和一個(gè)地?zé)崮苎芯繄F(tuán)隊(duì)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?zé)崾莵碜缘厍騼?nèi)部的熱量，地?zé)崮艿漠a(chǎn)生是通過提取熱量并將其轉(zhuǎn)化成電能。實(shí)際上，熱能通過地下深處的裂縫或斷裂處移動(dòng)，因此，地?zé)峁こ處焸儽仨氁獙?duì)地質(zhì)情況以及這些裂縫的位置和方向有深入的了解，在這個(gè)方面，DNA和納米技術(shù)就有了用武之地。
“目前，盡管有先進(jìn)的地震成像、示蹤試驗(yàn)和其它成像及傳感技術(shù)，但是對(duì)于儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)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(xué)地球、能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院的研究生。
“納米示蹤劑能夠帶給我們更多的儲(chǔ)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(xué)研究人員已經(jīng)試驗(yàn)了將藥物包裹在納米粒子中，讓其在人體內(nèi)循環(huán)，在某個(gè)特定溫度下納米粒子熔化或打開從而將藥物釋放出來，達(dá)到治療目的。地球內(nèi)部的溫度較高，地?zé)峒{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?zé)釄?chǎng)中來繪制圖像，在遍布于較大區(qū)域的多個(gè)站點(diǎn)，工程師們會(huì)重復(fù)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(gè)熱能井開始進(jìn)入的，就幾乎不可能了。這就限制了更好利用地?zé)崮芩璧年P(guān)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(gè)問題，”Zhang說。“DNA幾乎有無(wú)限多個(gè)序列號(hào)。利用獨(dú)特的DNA標(biāo)記將每一批示蹤劑進(jìn)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(xiàng)研究中，Zhang和她的研究團(tuán)隊(duì)在二氧化硅納米粒子和一個(gè)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(dú)特的DNA標(biāo)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?cè)跓崮軋?chǎng)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?zé)釄?chǎng)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(duì)于開發(fā)地?zé)釄?chǎng)有利，但是未來的地?zé)岚l(fā)電可能來自于增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中人們將水注入地下致巖石破裂從而擠出地?zé)帷?/span>
“這個(gè)初步研究結(jié)果讓我們向利用地?zé)豳Y源邁出了重要一步，而地?zé)豳Y源目前是非常難以開采的，”這項(xiàng)研究的合作者羅蘭霍恩稱，他是斯坦福地?zé)犴?xiàng)目(Stanford Geothermal Program)的主任。
“由于不同的地質(zhì)情況和裂縫的幾何形態(tài)，每一個(gè)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)都是獨(dú)一無(wú)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(chǎng)是如何分布的。DNA嵌入納米示蹤劑是一個(gè)得力的工具，能夠幫助我們提升地?zé)崮艿娜蚶脻摿Α?rdquo;
保守估計(jì)，如果增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)能夠被優(yōu)化的話，有一天，地?zé)崮芸梢蕴峁┦澜缟?%的電力供應(yīng)。雖然這個(gè)數(shù)字聽起來很小，但是霍恩和Zhang認(rèn)為地?zé)崮軐⒃谖覀兾磥淼哪茉搭I(lǐng)域扮演重要的角色。
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