Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation. Publikacja przyczyniła się do powstania artykułu w 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
Brzmi to jak science fiction: gigantyczne elektrownie słoneczne unoszące się w przestrzeni kosmicznej, które przesyłają na Ziemię ogromne ilości energii. I przez długi czas koncepcja ta – opracowana po raz pierwszy przez rosyjskiego naukowca Konstantego Ciołkowskiego w latach 20. ubiegłego wieku – była głównie inspiracją dla pisarzy.
W sto lat później naukowcy czynią jednak ogromne postępy w urzeczywistnianiu tej koncepcji. Europejska Agencja Kosmiczna zdała sobie sprawę z potencjału tych wysiłków i obecnie poszukuje możliwości finansowania takich projektów, przewidując, że pierwszym zasobem przemysłowym, jaki otrzymamy z kosmosu, będzie „energia wiązkowa”.
Zmiana klimatu jest największym wyzwaniem naszych czasów, więc stawka jest wysoka. Od wzrostu temperatury na świecie do zmiany wzorców pogodowych, skutki zmian klimatycznych są już odczuwalne na całym świecie. Przezwyciężenie tego wyzwania będzie wymagało radykalnych zmian w sposobie wytwarzania i zużywania energii.
Technologie energii odnawialnej rozwinęły się drastycznie w ostatnich latach, dzięki zwiększonej wydajności i niższym kosztom. Jednak jedną z głównych przeszkód w ich stosowaniu jest fakt, że nie zapewniają one stałego dopływu energii. Farmy wiatrowe i słoneczne produkują energię tylko wtedy, gdy wieje wiatr lub świeci słońce – ale my potrzebujemy energii elektrycznej przez całą dobę, każdego dnia. Ostatecznie potrzebujemy sposobu na przechowywanie energii na dużą skalę, zanim będziemy mogli przejść na źródła odnawialne.
Korzyści z przestrzeni kosmicznej
Możliwym sposobem obejścia tego problemu byłoby generowanie energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej. Ma to wiele zalet. Kosmiczna elektrownia słoneczna mogłaby orbitować tak, aby być zwróconą w stronę Słońca 24 godziny na dobę. Atmosfera ziemska również pochłania i odbija część światła słonecznego, więc ogniwa słoneczne znajdujące się powyżej atmosfery otrzymają więcej światła słonecznego i wyprodukują więcej energii.
Jednym z kluczowych wyzwań do pokonania jest jednak sposób montażu, uruchomienia i rozmieszczenia tak dużych struktur. Pojedyncza elektrownia słoneczna może mieć powierzchnię nawet 10 kilometrów kwadratowych, co odpowiada 1400 boiskom piłkarskim. Użycie lekkich materiałów będzie również krytyczne, ponieważ największym wydatkiem będzie koszt wystrzelenia stacji w kosmos na rakiecie.
Jednym z proponowanych rozwiązań jest opracowanie roju tysięcy mniejszych satelitów, które połączą się i skonfigurują, aby utworzyć pojedynczy, duży generator słoneczny. W 2017 r. naukowcy z California Institute of Technology nakreślili projekty modułowej elektrowni, składającej się z tysięcy ultralekkich płytek z ogniwami słonecznymi. Zademonstrowali również prototypową płytkę ważącą zaledwie 280 gramów na metr kwadratowy, podobną do wagi karty.
Ostatnio rozwój w produkcji, taki jak druk 3D, jest również rozpatrywany pod kątem tego zastosowania. Na Uniwersytecie w Liverpoolu badamy nowe techniki produkcji w celu drukowania ultralekkich ogniw słonecznych na żaglach słonecznych. Żagiel słoneczny to składana, lekka i wysoce refleksyjna membrana, która jest w stanie wykorzystać efekt ciśnienia promieniowania słonecznego do napędzania statku kosmicznego bez użycia paliwa. Badamy, jak osadzić ogniwa słoneczne na strukturach żagli słonecznych, aby stworzyć duże, pozbawione paliwa elektrownie słoneczne.
Te metody umożliwiłyby nam skonstruowanie elektrowni w przestrzeni kosmicznej. Rzeczywiście, pewnego dnia może być możliwe wyprodukowanie i rozmieszczenie jednostek w przestrzeni kosmicznej z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej lub przyszłej stacji bramy księżycowej, która będzie orbitować wokół Księżyca. Takie urządzenia mogłyby w rzeczywistości pomóc w dostarczaniu energii na Księżycu.
Możliwości na tym się nie kończą. Podczas gdy obecnie jesteśmy zależni od materiałów z Ziemi do budowy elektrowni, naukowcy rozważają również wykorzystanie zasobów z kosmosu do produkcji, takich jak materiały znalezione na Księżycu.
Kolejnym poważnym wyzwaniem będzie uzyskanie energii przesyłanej z powrotem na Ziemię. Plan zakłada przekształcenie energii elektrycznej z ogniw słonecznych w fale energetyczne i wykorzystanie pól elektromagnetycznych do przekazania ich do anteny na powierzchni Ziemi. Antena następnie przekształci fale z powrotem w energię elektryczną. Naukowcy kierowani przez Japan Aerospace Exploration Agency opracowali już projekty i zademonstrowali system orbitera, który powinien być w stanie to zrobić.
Jest jeszcze wiele do zrobienia w tej dziedzinie, ale celem jest to, że elektrownie słoneczne w kosmosie staną się rzeczywistością w nadchodzących dekadach. Naukowcy z Chin zaprojektowali system o nazwie Omega, który mają zamiar uruchomić do 2050 roku. System ten powinien być w stanie dostarczyć 2GW energii do ziemskiej sieci energetycznej w szczytowym momencie, co jest ogromną ilością. Aby wyprodukować tyle mocy z paneli słonecznych na Ziemi, potrzebowałbyś ich ponad sześć milionów.
Mniejsze satelity zasilane energią słoneczną, takie jak te zaprojektowane do zasilania łazików księżycowych, mogłyby być operacyjne jeszcze wcześniej.
Na całym świecie społeczność naukowa poświęca czas i wysiłek na rozwój elektrowni słonecznych w kosmosie. Mamy nadzieję, że pewnego dnia staną się one ważnym narzędziem w naszej walce ze zmianami klimatu.
Ten artykuł został opublikowany w The Conversation na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.
Śledź wszystkie tematy i debaty Expert Voices – i stań się częścią dyskusji – na Facebooku i Twitterze. Wyrażone poglądy są poglądami autora i nie muszą odzwierciedlać poglądów wydawcy. Ta wersja artykułu została pierwotnie opublikowana w serwisie Live Science.
Ostatnie wiadomości
.