De Britse regering overweegt naar verluidt een voorstel van £ 16 miljard om een ​​zonne-energiecentrale in de ruimte te bouwen.

Ja, u leest het goed. Zonne-energie in de ruimte is een van de technologieën die in de Net Zero Innovation Portfolio van de overheid worden opgenomen. Het is geïdentificeerd als een mogelijke oplossing, naast andere, om het VK in staat te stellen tegen 2050 netto nul te bereiken.

Maar hoe zou een zonne-energiecentrale in de ruimte werken? Wat zijn de voor- en nadelen van deze technologie?

In de ruimte gebaseerde zonne-energie omvat het verzamelen van zonne-energie in de ruimte en het overbrengen naar de aarde. Hoewel het idee zelf niet nieuw is, hebben recente technologische ontwikkelingen dit vooruitzicht beter haalbaar gemaakt.

Het ruimtegebaseerde zonne-energiesysteem omvat een zonne-energiesatelliet - een enorm ruimtevaartuig uitgerust met zonnepanelen. Deze panelen wekken elektriciteit op, die vervolgens draadloos naar de aarde wordt verzonden via hoogfrequente radiogolven. Een grondantenne, rectenna genaamd, wordt gebruikt om de radiogolven om te zetten in elektriciteit, die vervolgens aan het elektriciteitsnet wordt geleverd.

Een op de ruimte gebaseerde zonne-energiecentrale in een baan om de aarde wordt 24 uur per dag verlicht door de zon en kan daarom continu elektriciteit opwekken. Dit is een voordeel ten opzichte van terrestrische zonne-energiesystemen (systemen op aarde), die alleen overdag elektriciteit kunnen produceren en afhankelijk zijn van het weer.

Nu de wereldwijde vraag naar energie tegen 2050 naar verwachting met bijna 50% zal toenemen, zou zonne-energie uit de ruimte de sleutel kunnen zijn om te voldoen aan de groeiende vraag in de wereldwijde energiesector en om de wereldwijde temperatuurstijging aan te pakken.

Enkele uitdagingen

Een zonne-energiecentrale in de ruimte is gebaseerd op een modulair ontwerp, waarbij een groot aantal zonnepanelen in een baan om de aarde wordt geassembleerd door robots. Het transporteren van al deze elementen naar de ruimte is moeilijk, kostbaar en zal een negatieve invloed hebben op het milieu.

Het gewicht van zonnepanelen werd geïdentificeerd als een vroege uitdaging. Maar dit is aangepakt door de ontwikkeling van ultralichte zonnecellen (een zonnepaneel bestaat uit kleinere zonnecellen).

Zonne-energie in de ruimte wordt technisch haalbaar geacht, voornamelijk vanwege de vooruitgang in belangrijke technologieën, waaronder lichtgewicht zonnecellen, draadloze energietransmissie en ruimterobotica.

Belangrijk is dat het assembleren van zelfs maar één op de ruimte gebaseerde zonne-energiecentrale veel lanceringen van de spaceshuttle vereist. Hoewel op de ruimte gebaseerde zonne-energie is ontworpen om de CO2-uitstoot op de lange termijn te verminderen, zijn er aanzienlijke emissies verbonden aan ruimtelanceringen, evenals kosten.

Spaceshuttles zijn momenteel niet herbruikbaar, hoewel bedrijven zoals Space X eraan werken om dit te veranderen. Het opnieuw kunnen gebruiken van lanceersystemen zou de totale kosten van ruimtegebaseerde zonne-energie aanzienlijk verlagen.

Als het ons lukt om met succes een zonne-energiecentrale in de ruimte te bouwen, staat de werking ervan ook voor een aantal praktische uitdagingen. Zonnepanelen kunnen beschadigd raken door ruimtepuin. Verder worden panelen in de ruimte niet afgeschermd door de atmosfeer van de aarde. Als ze worden blootgesteld aan intensere zonnestraling, zullen ze sneller degraderen dan die op aarde, waardoor ze minder stroom kunnen genereren.

De efficiëntie van draadloze krachtoverbrenging is een ander probleem. Het overbrengen van energie over grote afstanden - in dit geval van een zonnesatelliet in de ruimte naar de grond - is moeilijk. Op basis van de huidige technologie zou slechts een klein deel van de verzamelde zonne-energie de aarde bereiken.

Er lopen al proefprojecten

Het Space Solar Power Project in de VS ontwikkelt hoogrenderende zonnecellen en een conversie- en transmissiesysteem dat is geoptimaliseerd voor gebruik in de ruimte. Het US Naval Research Laboratory heeft in 2020 een zonnemodule en een stroomconversiesysteem in de ruimte getest. Ondertussen heeft China vooruitgang aangekondigd met hun Bishan-ruimtestation voor zonne-energie, met als doel om tegen 2035 een functionerend systeem te hebben.

In het VK wordt een ontwikkeling van zonne-energie in de ruimte ter waarde van £ 17 miljard als een levensvatbaar concept beschouwd op basis van het recente Frazer-Nash Consultancy-rapport. Het project zal naar verwachting starten met kleine proeven, wat zal leiden tot een operationele zonnecentrale in 2040.

De zonne-energiesatelliet zou 1,7 km in diameter zijn en ongeveer 2.000 ton wegen. De terrestrische antenne neemt veel ruimte in beslag - ongeveer 6,7 km bij 13 km. Gezien het gebruik van land in het VK, is de kans groter dat het offshore wordt geplaatst.

Deze satelliet zou 2GW aan stroom leveren aan het VK. Hoewel dit een aanzienlijke hoeveelheid stroom is, is het een kleine bijdrage aan de opwekkingscapaciteit van het VK, die ongeveer 76 GW bedraagt.

Met extreem hoge initiële kosten en een langzame return on investment, zou het project aanzienlijke overheidsmiddelen en investeringen van particuliere bedrijven nodig hebben.

Maar naarmate de technologie vordert, zullen de kosten van ruimtelancering en productie gestaag afnemen. En de schaal van het project zal massaproductie mogelijk maken, wat de kosten enigszins zou moeten drukken.

Of zonne-energie uit de ruimte ons kan helpen om tegen 2050 het netto nulpunt te bereiken, valt nog te bezien. Andere technologieën, zoals diverse en flexibele energieopslag, waterstof en groei in hernieuwbare energiesystemen, worden beter begrepen en kunnen gemakkelijker worden toegepast.

Ondanks de uitdagingen is op de ruimte gebaseerde zonne-energie een voorloper van spannende onderzoeks- en ontwikkelingsmogelijkheden. In de toekomst zal de technologie waarschijnlijk een belangrijke rol gaan spelen in de wereldwijde energievoorziening.