Europa wordt serieus over het realiseren van op de ruimte gebaseerde zonne-energie

Voorstellen voor stralende zonne-energie naar beneden vanuit de ruimte bestaan ​​al sinds de jaren zeventig, maar het idee werd lange tijd gezien als weinig meer dan sciencefiction. Nu lijkt Europa echter serieus te worden om het te realiseren.

Ruimtegebaseerde zonne-energie (SBSP) omvat het bouwen van enorme reeksen zonnepanelen in een baan om zonlicht te verzamelen en vervolgens de verzamelde energie terug naar de aarde te stralen via microgolven of krachtige lasers. De aanpak heeft verschillende voordelen ten opzichte van aardse zonne-energie, waaronder de afwezigheid van nacht en slecht weer en het ontbreken van een atmosfeer om het licht van de sa.

Maar de technische uitdaging die gepaard gaat met het bouwen van zulke grote constructies in de ruimte, en de complexiteit van de betrokken technologieën, hebben ertoe geleid dat het idee tot nu toe op de tekentafel is gebleven. De directeur-generaal van de European Space Agency, Josef Aschbacher, wil daar verandering in brengen.

Aschbacher, een lange tijd voorstander van de technologie, heeft onlangs plannen aangekondigd voor een nieuwe onderzoek en ontwikkeling programma Bellened Solaris, dat de basis zal leggen voor een volledige rolluit de technologie later deze eeuw. Het voorstel zal tijdens een vergadering in november worden voorgelegd aan de ESA-raad, die de financieringsbeslissingen voor het agentschap neemt.

"Ruimtegebaseerd solar pstroom zou een belangrijke stap zijn in de richting van koolstofneutraliteit en energieonafhankelijkheid voor Europa,” hij tweeted. "We hebben de belangrijkste bouwstenen al, maar laat me duidelijk zijn: om het project te laten slagen, is er nog veel technologieontwikkeling en financiering nodig."

De verhuizing volgt de release van twee rapporten in opdracht van het bureau om de haalbaarheid van SBSP te beoordelen door het in het VK gevestigde adviesbureau Frazer-Nash en het in Duitsland gevestigde Roland Berger. Beiden concludeerden dat de technologie tegen het midden van deze eeuw zou kunnen concurreren met andere vormen van elektriciteit op prijs, maar sommige cijfers zijn eye-openend.

Het Frazer-Nash-rapport schatte dat de onderzoek en ontwikkeling investering die nodig is om eenvoudig bij een prototype SBSP-satelliet te komen, kan oplopen tot € 15.8 miljard ($ 15.8 miljard). Het bouwen van de eerste operationele satelliet zou ongeveer € 9.8 miljard kunnen kosten en zou gedurende zijn levensduur nog eens € 3.5 miljard kosten. Hoe meer satellieten er worden gebouwd, hoe goedkoper ze worden, zo voorspelt het rapport dat bij de tiende satelliet, kapitaalkosten zijn gedaald tot € 7.6 miljard en operationele kosten tot € 1.3 miljard.

Maar aangezien er waarschijnlijk tientallen van deze satellieten nodig zijn om een ​​redelijke hoeveelheid stroom te leveren, zullen die kosten snel oplopen. Een reeks van 54 SBSP-satellieten van de "gigawattklasse" zou volgens het rapport 418 miljard euro kosten om te ontwikkelen en te exploiteren, wat zou worden gecompenseerd door 601 miljard euro aan voordelen als gevolg van besparingen op terrestrische energieproductie en CO2-uitstoots kortingen.

En het lijkt erop dat die cijfers onderhevig zijn aan behoorlijk zware voorbehouden. De Roland Berger verslag bereikte vergelijkbare kostenramingen voor elke SBSP-satelliet, rekening houdend met "aanzienlijke vooruitgang in sleuteltechnologieën en fabricagebenaderingen". Maar toen ze de kosten berekenden op basis van de veronderstelling dat we minimale voorschotten zien, steeg het prijskaartje van € 8.1 miljard naar € 33.4 miljard.

Er zijn tal van terreinen waarop vooruitgang moet worden geboekt. Om te beginnen zouden deze satellieten orden van grootte groter zijn dan alles wat we ooit eerder in de ruimte hebben gebouwd; het Roland Berger-rapport schat dat ze een totale oppervlakte zouden hebben van ongeveer 15 vierkante kilometer (5.8 vierkante mijl) vergeleken met de 8,000 vierkante meter (86,000 vierkante feet) van het internationale ruimtestation.

Elke satelliet zal waarschijnlijk wegen 10 keer meer dan het 450 ton wegende ISS, dus alleen al om de grondstoffen in een baan om de aarde te krijgen, is een bijna 200-voudige toename van de huidige lanceercapaciteit nodig. Eenmaal daar zullen deze structuren moeten worden geassembleerd door autonome robots (in tegenstelling tot op afstand bestuurbare robots), wat een enorme verbetering vereist in zowel robotmanipulatie als AI.

Deze systemen fysiek met elkaar verbinden would voeg volgens het Roland Berger-rapport te veel lanceringsgewicht toe, zodat de ongeveer twee miljoen componenten waaruit de structuren bestaan,ould draadloos moeten worden bestuurd en bewaakt. Dat zou een sensor-actuatornetwerk voorstellen dat veel complexer is dan alles wat we tot nu toe hebben gebouwd.

Misschien is de grootste uitdaging echter het verhogen van de efficiëntie van de draadloze krachtoverbrenging systeem. In het rapport van Roland Berger wordt opgemerkt dat het United States Naval Research Het laboratorium is erin geslaagd om kilowatt aan vermogen over afstanden van ongeveer anderhalve kilometer te verzenden, maar om gigawatt met hoge efficiëntie over duizenden kilometers door de ruimte te sturen, zijn fundamentele doorbraken nodig.

Indien de Solaris-project krijgt groen licht, zal het zich richten op het bevorderen van de nieuwste stand van zaken op het gebied van zeer efficiënte zonnecellen, draadloze krachtoverbrenging en robotische in-orbit-assemblage. Het programma is ontworpen om te lopen tot 2025, waarna men hoopt dat het voldoende informatie heeft opgeleverd voor ESA om te beslissen of het volledige ontwikkeling wil nastreven.

Maar gezien de omvang van de uitdaging, geloven sommigen dat SBSP een luchtkasteelplan is met weinig kans om werkelijkheid te worden. Net zo Ars Technica merkt op, heeft Elon Musk het idee op beroemde wijze belachelijk gemaakt, en een analyse door natuurkundige Casey Handmer heeft aangetoond dat transmissieverliezen, thermische verliezen, logistiekeal kosten, en de straf die voortkomt uit het moeten bouwen van uw technologie om de ontberingen van de ruimte te overleven, betekent dat SBSP duizenden keren zal durens duurder dan aardse zonne-energie.

Maar ESA is niet de enige een dit idee nastreven. Japan heeft serieus onderzoek gedaan naar SBSP sinds ten minste 2014, en meer recentelijk het Verenigd Koninkrijk en China zijn op de kar gesprongen.

Of een van deze regeringenve het lef hebben om het soort middelen in te zetten dat nodig is om SBSP te realiseren valt nog te bezien, maar het lijkt erop dat het momentum zich opbouwt.

Afbeelding tegoed: ESA/Andreas Treuer