Amerykańscy naukowcy przetestowali technologię zbierania energii słonecznej w kosmosie i przesyłania jej na Ziemię. Zbudowali demonstrator o niewielkiej mocy, który po raz pierwszy pokazuje, że jest to w praktyce możliwe. Droga do budowy orbitalnych elektrowni słonecznych stoi otworem.
Amerykańscy naukowcy przetestowali technologię zbierania energii słonecznej w kosmosie i przesyłania jej na Ziemię. Zbudowali demonstrator o niewielkiej mocy, który po raz pierwszy pokazuje, że jest to w praktyce możliwe. Droga do budowy orbitalnych elektrowni słonecznych stoi otworem.
Test przeprowadzono na pokładzie satelity MAPLE, który w styczniu został wyniesiony w kosmos przez rakietę spółki SpaceX.
Eksperyment przygotowali naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technicznego, popularnie zwanego Caltech, a sfinansowała fundacja Donalda Brena i koncern zbrojeniowy Northrop Grumman Corporation.
Satelita zawiera niewielki nadajnik mikrofalowy - zestaw 32 płaskich anten, tworzących macierz o średnicy kilkunastu centymetrów, które są zasilane energią zbieraną przez ogniwa fotowoltaiczne. Odpowiednio modyfikując sygnał w poszczególnych antenach, naukowcy byli w stanie sterować kierunkiem rozchodzenia się wiązki mikrofal. W odległości 30 cm umieścili dwa odbiorniki mikrofal z diodami LED, których zapalenie sygnalizowało, że energia do nich dociera.
W czasie zdalnego testu przełączali wiązkę z jednego odbiornika na drugi, przesyłając niewielką moc 200 miliwatów (mniej więcej takiej mocy wymaga zasilanie latarki w smartfonie).
Mikrofale zostały także skierowane w stronę powierzchni Ziemi, gdzie udało się je wykryć za pomocą odbiornika w Caltech. - To dowód tego, że koncepcja działa - mówi Ali Hajimiri, inżynier elektryk z Caltech.
Nikt wcześniej tego nie zrobił.
Słoneczne elektrownie na orbicie
Koncepcja budowy orbitalnych elektrowni słonecznych narodziła się w amerykańskim Departamencie Energii jeszcze w latach 60. ubiegłego wieku. Umieszczenie paneli w przestrzeni kosmicznej pozwoliłoby im działać przez całą dobę i niezależnie od panujących na powierzchni warunków pogodowych. W dodatku na orbicie słoneczne światło nie jest tłumione i rozpraszane przez atmosferę, więc panele generowałyby znacznie więcej energii.
Pół wieku temu pomysł był jednak mocno futurystyczny. Aby produkować tyle energii, co typowy blok elektrowni jądrowej, panele słoneczne muszą mieć powierzchnię kilku kilometrów kwadratowych. Szacowano wtedy, że wyniesienie takiej konstrukcji i zamontowanie jej na orbicie wymagałoby setek startów rakiet i kosztowało bilion dolarów. Mało kto traktował to poważnie.
Kilka programów badawczych zostało jednak uruchomionych, przede wszystkim w Japonii, która jest krajem wyjątkowo ubogim w surowce i musi sprowadzać zdecydowaną większość wykorzystywanych paliw kopalnych, a energia jądrowa spotyka się tam z coraz większym społecznym oporem.
Według opracowań japońskiej agencji kosmicznej JAXA instalacje fotowoltaiczne mają być umieszczone na orbicie geostacjonarnej, czyli ok. 36 tys. km nad Ziemią (na tej orbicie satelity wiszą stale nad tym samym punktem równika). Orbitalna elektrownia mogłaby mieć ok. gigawata mocy, a gęstość energii przesyłanej w mikrofalach byłaby porównywalna z tą, którą niesie światło słoneczne. Wiązka byłaby kierowana do odbiornika na powierzchni planety, mającego ok. 6 km średnicy.
Bezprzewodowa rewolucja w dostępie do energii
W ostatnich latach koszty instalacji fotowoltaicznych i mikrofalowych znacznie się obniżyły, a ich wydajność wzrosła. Maleją także koszty wynoszenia ładunków na orbitę.
Autorzy dwóch opracowań na ten temat zamówionych niedawno przez Europejską Agencję Kosmiczną ESA wskazują na wciąż duże wyzwania technologiczne, ale nie widzą przeszkód nie do pokonania. Sugerują, że gigantyczne fotoogniwa orbitalne będą w stanie wytwarzać energię elektryczną po kosztach porównywalnych z naziemnymi elektrowniami jądrowymi. Ich zaletą byłoby ciągłe dostarczanie zeroemisyjnej energii, bez przerw w ciągu dnia i nocy, dzięki czemu byłyby stabilnymi źródłami energii odnawialnej w sieciach energetycznych.
Zielona energia z kosmosu?
- Mamy nadzieję, że bezprzewodowy transfer energii z kosmosu zdemokratyzuje dostęp do elektryczności w ten sam sposób, w jaki internet zdemokratyzował dostęp do informacji - sugeruje Hajimiri z Caltech. - Żeby odbierać tę moc, nie trzeba budować naziemnych linii do przesyłu energii. Będzie więc można wysyłać energię do niedostępnych regionów albo obszarów zniszczonych przez wojnę lub klęskę żywiołową.
Największe obawy dotyczą bezpieczeństwa takiego przesyłu energii elektrycznej na Ziemię i potencjalnych zagrożeń, zarówno dla ludzi żyjących w okolicy odbiorników energii, jak i przelatujących tam samolotów czy satelitów. Zwolennicy tych rozwiązań twierdzą jednak, że zalety przewyższają potencjalne ryzyko, które zresztą wiąże się z każdą formą pozyskiwania energii
#nauka #energia
