Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Publikationen bidrog med artikeln till Space.coms Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Amanda Jane Hughes, docent, Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering, University of Liverpool
Stefania Soldini, docent i flyg- och rymdteknik, University of Liverpool
Det låter som science fiction: jättelika solenergikraftverk som svävar i rymden och strålar ner enorma mängder energi till jorden. Och länge var konceptet – som först utvecklades av den ryske vetenskapsmannen Konstantin Tsiolkovsky på 1920-talet – främst en inspiration för författare.
Ett sekel senare gör dock vetenskapsmännen stora framsteg när det gäller att göra konceptet till verklighet. Europeiska rymdorganisationen har insett potentialen i dessa ansträngningar och försöker nu finansiera sådana projekt och förutspår att den första industriella resurs som vi kommer att få från rymden är ”strålkraft”.
Klimatförändringarna är vår tids största utmaning, så det är mycket som står på spel. Från stigande globala temperaturer till skiftande vädermönster, effekterna av klimatförändringarna märks redan runt om i världen. För att övervinna denna utmaning kommer det att krävas radikala förändringar av hur vi genererar och konsumerar energi.
Tekniken för förnybar energi har utvecklats drastiskt under de senaste åren, med förbättrad effektivitet och lägre kostnader. Men ett stort hinder för deras användning är det faktum att de inte ger en konstant energiförsörjning. Vind- och solkraftverk producerar bara energi när vinden blåser eller solen skiner – men vi behöver el dygnet runt, varje dag. I slutändan behöver vi ett sätt att lagra energi i stor skala innan vi kan övergå till förnybara källor.
Fördelar med rymden
Ett möjligt sätt att kringgå detta skulle vara att generera solenergi i rymden. Det finns många fördelar med detta. En rymdbaserad solkraftstation skulle kunna kretsa så att den är riktad mot solen 24 timmar om dygnet. Jordens atmosfär absorberar och reflekterar också en del av solens ljus, så solceller ovanför atmosfären kommer att ta emot mer solljus och producera mer energi.
Men en av de viktigaste utmaningarna som måste övervinnas är hur man ska montera, skjuta upp och placera ut så stora strukturer. Ett enda solkraftverk kan behöva ha en yta på upp till 10 kilometer i kvadrat, vilket motsvarar 1 400 fotbollsplaner. Det kommer också att vara viktigt att använda lätta material, eftersom den största utgiften kommer att vara kostnaden för att skjuta upp stationen i rymden med en raket.
En föreslagen lösning är att utveckla en svärm av tusentals mindre satelliter som samlas och konfigureras för att bilda en enda stor solcellsgenerator. År 2017 beskrev forskare vid California Institute of Technology ritningar för en modulär kraftstation som består av tusentals ultralätta solcellsplattor. De demonstrerade också en prototyp av en kakelplatta som bara väger 280 gram per kvadratmeter, vilket liknar vikten av ett kort.
Nyligen har man också tittat på utvecklingen inom tillverkning, till exempel 3D-utskrift, för denna tillämpning. Vid Liverpools universitet utforskar vi nya tillverkningstekniker för att skriva ut ultralätta solceller på solsegel. Ett solcellssegel är ett vikbart, lätt och starkt reflekterande membran som kan utnyttja effekten av solens strålningstryck för att driva en rymdfarkost framåt utan bränsle. Vi undersöker hur man kan bädda in solceller på solsegelstrukturer för att skapa stora, bränslefria solkraftverk.
Dessa metoder skulle göra det möjligt för oss att bygga kraftverken i rymden. Det skulle faktiskt en dag kunna bli möjligt att tillverka och placera ut enheterna i rymden från den internationella rymdstationen eller från den framtida mångatastationen som kommer att kretsa runt månen. Sådana enheter skulle faktiskt kunna bidra till att tillhandahålla kraft på månen.
Möjligheterna tar inte slut där. Medan vi för närvarande är beroende av material från jorden för att bygga kraftverk, överväger forskarna också att använda resurser från rymden för tillverkning, t.ex. material som finns på månen.
En annan stor utmaning kommer att vara att få strömmen överförd tillbaka till jorden. Planen är att omvandla el från solcellerna till energivågor och använda elektromagnetiska fält för att överföra dem ner till en antenn på jordens yta. Antennen skulle sedan omvandla vågorna tillbaka till elektricitet. Forskare under ledning av Japan Aerospace Exploration Agency har redan utvecklat konstruktioner och demonstrerat ett orbitersystem som bör kunna göra detta.
Det återstår fortfarande mycket arbete på detta område, men målet är att solkraftverk i rymden ska bli verklighet under de kommande årtiondena. Forskare i Kina har konstruerat ett system kallat Omega, som de siktar på att ha i drift år 2050. Detta system ska kunna leverera 2 GW kraft till jordens nät vid toppeffekt, vilket är en enorm mängd. För att producera så mycket kraft med solpaneler på jorden skulle man behöva mer än sex miljoner av dem.
Mindre solkraftssatelliter, som de som utformats för att driva månrovers, skulle kunna vara i drift ännu tidigare.
Runt om i världen satsar forskarsamhället tid och kraft på att utveckla solkraftstationer i rymden. Vår förhoppning är att de en dag kan bli ett viktigt verktyg i vår kamp mot klimatförändringarna.
Denna artikel är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.
Följ alla Expert Voices frågor och debatter – och bli en del av diskussionen – på Facebook och Twitter. De åsikter som uttrycks är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis utgivarens åsikter. Den här versionen av artikeln publicerades ursprungligen på Live Science.
Renoverade nyheter
.