驱车前往得克萨斯州中部卡梅伦镇(人口仅5300人的偏僻小镇)附近,沿碎石路前行,你会看到安保大门,门上标牌写着:“当心牛群出没”。这绝非危言耸听:牛群常常挡在路上,往往需要等候片刻,巨型石油钻井平台才会映入眼帘。
一名身材魁梧、留着大胡子的男子身穿红色哈里伯顿(Halliburton)工装、头戴安全帽,提醒来访者当心蛇与蝎子。“不是故意吓唬大家,这只是入场安全须知。”
欢迎来到深钻孔示范中心。该项目由核废料初创公司Deep Isolation Nuclear、以钻井和压裂技术闻名的油田服务巨头哈里伯顿,以及其他合作方联合打造。
项目目标是及时解决美国核废料处置难题,以助力下一代核能复兴,为人工智能数据中心的建设热潮提供能源支撑。合作方计划采用现代定向石油钻井技术,将放射性废料装入重5000磅(约合2268千克)的特制罐体,埋入地下约两英里(约合3.2公里)的深处,实现永久封存。
Deep Isolation首席执行官罗德·巴尔策(Rod Baltzer)表示:“要确保新核能有良好的发展路径,就必须妥善处理核废料。我们的埋藏深度是传统[矿山式核废料]处置库的两倍,能将废料封存于与地表隔绝百万年的地质层中。”
迄今为止,美国已有超9.5万吨乏燃料——且数量仍在增加——临时储存在30多个州的约80处场地中,尚无永久处置方案。
在内华达州沙漠尤卡山修建全国性核废料处置库的争议性计划,推进数十年后基本宣告失败,联邦政府至今仍在探寻出路。美国能源部7月刚选定爱达荷州、路易斯安那州、俄克拉荷马州、田纳西州、犹他州五州为“核生命周期创新园区”候选地,以推进核燃料回收与废料处理。即便回收技术被证明可行,仍会产生残余废料。Deep Isolation认为自己找到了答案:在核电厂附近或其他任何地点钻深钻孔,安全处置核废料。巴尔策称:“可就地处置废料。”
早在40年前,业界便已提出将石油钻井技术应用于核废料处置的设想。然而,受制于当时的技术瓶颈与高昂成本,这一方案始终未能落地。如今,这一构想再度引起关注,尤其是能源行业已成熟掌握超长井(含水平井)钻井技术,可从岩层中开采更多原油。对Deep Isolation而言,埋藏的核废料罐体甚至可以在紧急情况下回收。
巴尔策在接受《财富》杂志采访时表示,过去10到20年间,石油钻井技术取得巨大进步,但核能行业对此普遍缺乏了解。他表示:“油气行业从业者觉得:‘我们每天都在这么做。’而核能行业的人则惊呼:‘天哪,我都不知道还能采用这种方式,甚至可以回收。太不可思议了。’我们意识到两大行业之间存在认知脱节,双方几乎没有进行过技术交流。”
Deep Isolation工程执行副总裁杰西·斯隆(Jesse Sloane)表示,随着人工智能竞赛升级,解决核废料问题已刻不容缓。特朗普政府已承诺到2050年将核电装机容量提升至当前的四倍。
“若无法回答‘核废料该如何处理’这一问题,上述目标便无从实现。”斯隆说道。
演示时刻
明年初,哈里伯顿将使用特大钻头钻凿第一口试验井,完成数千英尺的垂直与水平钻井作业,随后演示起重机将核废料罐体逐一从井下取回的整套流程。
示范中心执行主任、前美国能源部核能副助理部长安迪·格里菲斯(Andy Griffith)表示:“核工业界希望看到我们在这里完成规模化、大深度的实地试验,才会真正支持这项技术,理解它的实际操作其实并不复杂。”
“时至今日,还有人说:‘嗯,我说不好,风险太大了。万一卡住了怎么办?万一密封失效怎么办?’”格里菲斯继续说道,“但油气行业的工作人员会觉得:‘这根本不是难题。’但不熟悉这项技术的人,需要亲眼见证试验。这正是我们当前所做的工作。我相信试验过后,大家的接受度会有所提高。”
页岩油产业的技术变革,部分得益于“先垂直、后水平”的钻井技术,该技术能深入地下更深的储层,压裂更多页岩层,以释放其中的油气。本项目将使用同样的技术,区别在于,钻井目的是把核废料罐体输送到远离地表与井口的地下深处。
即便是油气行业内部,也普遍存在一个认知误区:先垂直再水平的钻井会打出“L”形井眼。实际施工中,钻井先钻近1英里(约合1.6公里)深,随后开始造斜,每钻100英尺(约合30.5米)进行侧向切削,弯曲角约为4度。格里菲斯表示:“弯曲十分平缓。每钻100英尺进行侧向切削,弯曲角为4度,单看任意一段井段,几乎察觉不出它是弯的。”
诚然,油气行业如今常态化钻凿4英里(约合6.4公里)长的水平井,但把这套技术改造用于核废料处置绝非易事,尽管在油气从业者看来这算不上“极高难度挑战”。
油气开采井靠近产油层的井段,井径通常约8英寸(约合20.3厘米);而核废料处置井的井径需要达到22英寸(约合55.9厘米),几乎是常规尺寸的三倍。这意味着要使用比平常更大的钻头开钻,然后再用“扩孔器”(顾名思义,用于扩大井眼内径)完成扩孔作业。
哈里伯顿北美区经理杰森·福尔曼(Jason Foreman)表示,这带来了颇具挑战却也充满趣味的课题。
福尔曼对《财富》杂志表示:“我们在全球各地钻井,每天应对各式各样的复杂工况。本项目把多重难点叠加在一起,因此是一项独特的挑战。”
“挑战来自多方面:作业深度、井眼造斜、水平井段、超大井径,以及需要钻穿的研磨性岩层。这些因素叠加在一起,构成了一项独特的挑战,我们不确定以前是否有人尝试过。”
为容纳15英尺(约合4.6米)长的核废料罐体,钻井成本十分高昂。但Deep Isolation押注,与修建尤卡山那样的大型地下处置库相比,该方案的整体经济成本要低得多。
福尔曼提到,哈里伯顿虽是人工智能与核能领域的新入局者,但这本质上仍是“建井”。核能是“另一种能源”,而哈里伯顿深耕能源赛道。“在我们看来,这就是一口井。这个新赛道,恰恰是哈里伯顿驾轻就熟的领域。”
迫在眉睫的现实难题
Deep Isolation由莉兹·穆勒(Liz Muller)与身为物理学家的父亲理查德·穆勒(Richard)于十年前创立,2018年他们聘请了资深核废料行业高管巴尔策加入。
2024年,行业发展迎来上升势头之际,莉兹·穆勒将首席执行官一职交给巴尔策,自己则创办了姊妹企业Deep Fission,研发可部署于地下的小型模块化核反应堆。
Deep Isolation 7月在场外交易市场OTCQB挂牌上市,市值接近3亿美元。巴尔策坦言,对公司而言,要实现真正的腾飞,尚需完成示范项目验证、确保持续融资,并妥善应对监管层面的挑战。
“我在核燃料循环后端的核废料领域工作了25年,却从未见过外界对这项技术如此关注。”巴尔策说。
作为特朗普政府旨在利用人工智能实现“能源主导”的“创世纪任务”的一部分,7月,美国能源部向Deep Isolation、劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)、南卡罗来纳大学(University of South Carolina)拨付三项研究资助。三方将研究利用人工智能建模,筛选核废料处置优选场址,并开展相关设计。
尽管技术不断进步,但最大的障碍或许在于联邦《核废料政策法案》。该法案实质上规定,除尤卡山外,不得为任何永久性核废料处置设施颁发许可,而尤卡山项目如今基本搁置。特朗普政府与国会正积极权衡解决方案。
前路并非坦途。虽然社会舆论对核电的态度有所回暖,仍有不少社区对本地兴建核电站抱有疑虑,更不必提及接纳核废料处置设施。这也是业内长期将内华达州农村地区视为最简便处置方案的原因。即便方案在理论上可行,Deep Isolation方案的安全性仍有待充分实证。
与此同时,巴尔策清楚,受现实条件限制,Deep Isolation可能不得不在海外开发首个商业项目。公司正积极与保加利亚及其他潜在合作伙伴接洽。无论选址何处,首个商业项目预计最早也要到21世纪30年代初才能投入运营。若美国监管体系能在此之前完成,Deep Isolation便能顺势搭上核能复兴的快车。
巴尔策表示:“我们希望邀请社区代表、监管机构实地考察,亲身检验并见证设备的运行情况。”
那么,戴好安全帽,前往得克萨斯州中部一探究竟吧,只是务必提防蛇类出没。
译者:中慧言-王芳
