Ez a cikk eredetileg a The Conversation oldalán jelent meg. A kiadvány a cikket a Space.com szakértői hangokhoz járult hozzá: Op-Ed & Insights.
Amanda Jane Hughes, Lecturer, Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering, University of Liverpool
Stefania Soldini, Lecturer in Aerospace Engineering, University of Liverpool
Az űrben lebegő óriási naperőművek, amelyek hatalmas mennyiségű energiát sugároznak le a Földre. És sokáig az elképzelés – amelyet először az orosz tudós, Konsztantyin Csiolkovszkij dolgozott ki az 1920-as években – elsősorban az írókat ihlette meg.
Egy évszázaddal később azonban a tudósok hatalmas lépéseket tesznek az elképzelés megvalósítása felé. Az Európai Űrügynökség felismerte az ezekben rejlő lehetőségeket, és most ilyen projektek finanszírozására törekszik, és azt jósolja, hogy az első ipari erőforrás, amelyet az űrből fogunk beszerezni, a “sugárzott energia” lesz.
A klímaváltozás korunk legnagyobb kihívása, ezért sok minden forog kockán. Az emelkedő globális hőmérséklettől kezdve az időjárási minták megváltozásáig az éghajlatváltozás hatásai már most is érezhetők világszerte. E kihívás leküzdéséhez radikális változásokra lesz szükség az energiatermelés és -fogyasztás módjában.
A megújuló energiát hasznosító technológiák az elmúlt években drasztikusan fejlődtek, javult a hatékonyságuk és csökkentek a költségeik. Elterjedésük egyik fő akadálya azonban az, hogy nem biztosítanak állandó energiaellátást. A szél- és naperőművek csak akkor termelnek energiát, amikor fúj a szél vagy süt a nap – nekünk azonban éjjel-nappal, minden nap szükségünk van áramra. Végső soron az energia nagymértékű tárolására van szükségünk, mielőtt áttérhetnénk a megújuló energiaforrásokra.
A világűr előnyei
Egy lehetséges megoldás ennek megkerülésére az lenne, ha a napenergiát az űrben állítanánk elő. Ennek számos előnye van. Egy űrbe telepített naperőmű a nap 24 órájában a Nap felé fordulva tudna keringeni. A Föld légköre is elnyeli és visszaveri a Nap fényének egy részét, így a légkör fölött lévő napelemek több napfényt kapnak és több energiát termelnek.
Az egyik legfontosabb kihívás azonban az, hogy hogyan lehet ilyen nagyméretű szerkezeteket összeszerelni, fellőni és telepíteni. Egyetlen naperőműnek akár 10 négyzetkilométeres területűnek is kell lennie, ami 1400 futballpályának felel meg. A könnyű anyagok használata szintén kritikus fontosságú lesz, mivel a legnagyobb költséget az állomás rakétával történő űrbe juttatása jelenti majd.
Az egyik javasolt megoldás egy több ezer kisebb műholdból álló raj kifejlesztése, amelyek összeállnak és egyetlen nagy napenergia-generátorrá konfigurálódnak. A Kaliforniai Technológiai Intézet kutatói 2017-ben felvázolták egy moduláris erőmű terveit, amely több ezer ultrakönnyű napelemes lapkából áll. Egy olyan csempe prototípust is bemutattak, amelynek súlya négyzetméterenként mindössze 280 gramm, ami hasonló a kartonpapír súlyához.
A közelmúltban a gyártás terén elért fejlesztéseket, például a 3D nyomtatást is vizsgálják erre az alkalmazásra. A Liverpooli Egyetemen új gyártási technikákat vizsgálunk az ultrakönnyű napelemek napvitorlákra történő nyomtatására. A napvitorla egy összehajtható, könnyű és nagy fényvisszaverő képességű membrán, amely képes kihasználni a Nap sugárzási nyomásának hatását, hogy üzemanyag nélkül mozdítson előre egy űrhajót. Azt vizsgáljuk, hogyan lehet napelemeket napvitorla-szerkezetekre ágyazni, hogy nagyméretű, üzemanyagmentes naperőműveket hozzunk létre.
Ezekkel a módszerekkel az űrben is megépíthetnénk az erőműveket. Valóban, egy napon lehetséges lehet, hogy a Nemzetközi Űrállomásról vagy a Hold körül keringő jövőbeli holdi átjáróállomásról egységeket gyártanak és telepítenek az űrben. Az ilyen eszközök valójában segíthetnének az energiaellátásban a Holdon.
A lehetőségek itt még nem érnek véget. Míg jelenleg a Földről származó anyagokra vagyunk utalva az erőművek építéséhez, a tudósok azt is fontolgatják, hogy az űrből származó erőforrásokat, például a Holdon található anyagokat is felhasználják a gyártáshoz.
A másik nagy kihívás a Földre továbbított energia visszajuttatása lesz. A tervek szerint a napelemekből származó elektromosságot energiahullámokká alakítják, és elektromágneses mezők segítségével továbbítják le a Föld felszínén lévő antennához. Az antenna ezután a hullámokat ismét elektromossággá alakítaná. A Japán Űrkutatási Ügynökség által vezetett kutatók már kidolgoztak olyan terveket és bemutattak egy olyan orbitális rendszert, amelynek képesnek kell lennie erre.
Még sok munka van hátra ezen a területen, de a cél az, hogy a következő évtizedekben valósággá váljanak a naperőművek az űrben. Kínai kutatók megterveztek egy Omega nevű rendszert, amelyet 2050-re szeretnének működőképessé tenni. Ennek a rendszernek csúcsteljesítmény esetén 2GW energiát kellene képesnek lennie a földi hálózatba táplálni, ami óriási mennyiség. Ahhoz, hogy ennyi energiát termeljenek napelemekkel a Földön, több mint hatmillió napelemre lenne szükség.
A kisebb napenergia-műholdak, például a holdjárók működtetésére tervezettek, még hamarabb működőképesek lehetnek.
A tudományos közösség világszerte időt és energiát fordít az űrben működő naperőművek fejlesztésére. Reményeink szerint ezek egy napon létfontosságú eszközt jelenthetnek az éghajlatváltozás elleni küzdelemben.
Ez a cikk a The Conversation című folyóiratban jelent meg a Creative Commons licenc alapján. Olvassa el az eredeti cikket.
Kövesse az Expert Voices összes témáját és vitáját – és legyen részese a vitának – a Facebookon és a Twitteren. A kifejtett nézetek a szerző sajátjai, és nem feltétlenül tükrözik a kiadó véleményét. A cikk ezen változata eredetileg a Live Science-en jelent meg.
Újabb hírek