Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in The Conversation. De publicatie droeg het artikel bij aan Space.com’s Expert Voices: 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
Het klinkt als science fiction: gigantische zonne-energiecentrales die in de ruimte zweven en enorme hoeveelheden energie naar de aarde stralen. En lange tijd was het concept – voor het eerst ontwikkeld door de Russische wetenschapper Konstantin Tsiolkovsky in de jaren twintig van de vorige eeuw – vooral een inspiratiebron voor schrijvers.
Een eeuw later maken wetenschappers echter grote vorderingen bij het omzetten van het concept in werkelijkheid. Het Europees Ruimteagentschap heeft het potentieel van deze inspanningen ingezien en wil nu dergelijke projecten financieren, waarbij het voorspelt dat de eerste industriële hulpbron die we uit de ruimte zullen halen, “gestraalde energie” is.
Klimaatverandering is de grootste uitdaging van onze tijd, dus er staat veel op het spel. Van stijgende temperaturen tot veranderende weerpatronen, de gevolgen van klimaatverandering zijn over de hele wereld al merkbaar. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, zullen we radicale veranderingen moeten doorvoeren in de manier waarop we energie opwekken en verbruiken.
Hernieuwbare-energietechnologieën hebben zich de afgelopen jaren drastisch ontwikkeld, met verbeterde efficiëntie en lagere kosten. Maar een belangrijke belemmering voor de toepassing ervan is het feit dat zij geen constante energievoorziening bieden. Wind- en zonneparken produceren alleen energie wanneer de wind waait of de zon schijnt – maar we hebben de klok rond, elke dag, elektriciteit nodig. Uiteindelijk hebben we een manier nodig om energie op grote schaal op te slaan voordat we kunnen overstappen op hernieuwbare bronnen.
Voordelen van de ruimte
Een mogelijke manier om dit te omzeilen zou zijn om zonne-energie op te wekken in de ruimte. Daar zitten veel voordelen aan. Een zonne-energiecentrale in de ruimte kan 24 uur per dag in een baan om de zon draaien. De atmosfeer van de aarde absorbeert en weerkaatst ook een deel van het zonlicht, zodat zonnecellen boven de atmosfeer meer zonlicht ontvangen en meer energie produceren.
Maar een van de belangrijkste uitdagingen die moeten worden overwonnen, is hoe dergelijke grote constructies moeten worden samengesteld, gelanceerd en ingezet. Eén enkele zonne-energiecentrale moet misschien wel 10 kilometer in het vierkant zijn – dat komt overeen met 1.400 voetbalvelden. Het gebruik van lichtgewicht materialen zal ook van cruciaal belang zijn, omdat de grootste kostenpost de kosten zal zijn om het station met een raket de ruimte in te lanceren.
Een voorgestelde oplossing is het ontwikkelen van een zwerm van duizenden kleinere satellieten die samenkomen en configureren om één grote zonnegenerator te vormen. In 2017 schetsten onderzoekers van het California Institute of Technology ontwerpen voor een modulaire energiecentrale, bestaande uit duizenden ultralichte zonneceltegels. Ze demonstreerden ook een prototype tegel met een gewicht van slechts 280 gram per vierkante meter, vergelijkbaar met het gewicht van kaart.
Recentelijk wordt ook gekeken naar ontwikkelingen in fabricage, zoals 3D-printen, voor deze toepassing. Aan de universiteit van Liverpool onderzoeken we nieuwe fabricagetechnieken om ultralichte zonnecellen op zonnezeilen te printen. Een zonnezeil is een opvouwbaar, lichtgewicht en zeer reflecterend membraan dat het effect van de stralingsdruk van de zon kan aanwenden om een ruimteschip zonder brandstof voort te stuwen. Wij onderzoeken hoe zonnecellen kunnen worden ingebed in zonnezeilstructuren om grote, brandstofvrije zonnecentrales te creëren.
Deze methoden zouden ons in staat stellen de centrales in de ruimte te bouwen. Op een dag zou het inderdaad mogelijk kunnen zijn om eenheden te vervaardigen en in de ruimte in te zetten vanuit het internationale ruimtestation of het toekomstige maanstation dat in een baan om de maan zal draaien. Dergelijke apparaten zouden in feite kunnen helpen bij de energievoorziening op de maan.
De mogelijkheden houden daar niet op. Terwijl we momenteel afhankelijk zijn van materialen van de aarde om krachtcentrales te bouwen, denken wetenschappers ook na over het gebruik van hulpbronnen uit de ruimte voor de fabricage, zoals materialen die op de maan worden gevonden.
Een andere grote uitdaging zal zijn om de stroom terug naar de aarde te krijgen. Het plan is om de elektriciteit van de zonnecellen om te zetten in energiegolven en elektromagnetische velden te gebruiken om deze naar een antenne op het aardoppervlak te zenden. De antenne zou dan de golven weer omzetten in elektriciteit. Onderzoekers onder leiding van het Japan Aerospace Exploration Agency hebben reeds ontwerpen ontwikkeld en een orbiter-systeem gedemonstreerd waarmee dit mogelijk moet zijn.
Er moet op dit gebied nog veel werk worden verzet, maar het is de bedoeling dat zonne-energiecentrales in de ruimte in de komende decennia werkelijkheid worden. Onderzoekers in China hebben een systeem ontworpen, Omega genaamd, dat zij tegen 2050 operationeel willen hebben. Dit systeem zou in staat moeten zijn om bij piekvermogen 2GW stroom aan het elektriciteitsnet van de aarde te leveren, wat een enorme hoeveelheid is. Om zoveel stroom te produceren met zonnepanelen op aarde, zouden er meer dan zes miljoen nodig zijn.
Kleinere zonne-energiesatellieten, zoals die ontworpen zijn om maanrovers van stroom te voorzien, zouden nog eerder operationeel kunnen zijn.
Over de hele wereld besteedt de wetenschappelijke gemeenschap tijd en moeite aan de ontwikkeling van zonne-energiecentrales in de ruimte. Onze hoop is dat ze op een dag een vitaal instrument kunnen zijn in onze strijd tegen klimaatverandering.
Dit artikel is heruitgegeven uit The Conversation onder een Creative Commons licentie. Lees het originele artikel.
Volg alle onderwerpen en debatten van Expert Voices – en maak deel uit van de discussie – op Facebook en Twitter. De geuite meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met die van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.
Recent news